智能溫室大棚監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)

智能溫室大棚監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)一、開發(fā)背景最近幾年來，隨著溫室大棚化種植、工廠化育秧和設(shè)施栽培等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的普遍應(yīng)用，快速準(zhǔn)確地環(huán)境參數(shù)的搜集和分析就成為現(xiàn)實(shí)的需求，利用運(yùn)算機(jī)技術(shù)對(duì)相應(yīng)的農(nóng)業(yè)氣象參數(shù)進(jìn)行收集，則一方面可及時(shí)了解作物生長的環(huán)境參數(shù)，另一方面也可按照收集的參數(shù)控制大棚環(huán)境的調(diào)節(jié)從而為農(nóng)作物的生長提供適宜的生長環(huán)境。由于溫室內(nèi)的濕度、溫度等環(huán)境條件不適合于普通PC機(jī)工作，故這里選用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，而收集的數(shù)據(jù)可通過串口發(fā)射接收設(shè)備傳送給上位PC機(jī)進(jìn)行分析處置。2、系統(tǒng)介紹農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由前端部份來完成對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)因子的含量的監(jiān)測(cè)與匯總、轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)裙ぷ?，監(jiān)測(cè)因子包括溫度、濕度、光照、煙霧、有無人員進(jìn)入等環(huán)境參數(shù)，這些監(jiān)測(cè)因子由數(shù)據(jù)收集終端利用不同的方式進(jìn)行測(cè)量取得一個(gè)超級(jí)準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)，此結(jié)果通過數(shù)據(jù)處置轉(zhuǎn)換后經(jīng)由串口向在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)平臺(tái)傳輸數(shù)據(jù)，在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收、過濾、存儲(chǔ)、處置、統(tǒng)計(jì)分析并提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢等任務(wù)，當(dāng)溫濕度超過設(shè)定值的時(shí)候，自動(dòng)開啟或關(guān)閉指定設(shè)備。整個(gè)系統(tǒng)可達(dá)到:安全、靠得住、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、全面、快速、高效的將真實(shí)的蔬菜大棚環(huán)境信息展此刻管理人員的眼前。農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由兩大部份：控制中心、大棚監(jiān)控點(diǎn)（信息收集一號(hào)，信息收集二號(hào)，信息收集三號(hào)）。結(jié)構(gòu)說明該智能監(jiān)控系統(tǒng)是由PC機(jī)作為總監(jiān)控室的控制機(jī)，由IAP15F61S2和STC90C51單片機(jī)別離負(fù)責(zé)搜集數(shù)據(jù)信息，它們之間通過串口進(jìn)行通信。與單片機(jī)相連的包括：12864液晶顯示模塊、溫度傳感器DS18B20、濕度傳感器HS110一、光敏傳感器、人體紅外感應(yīng)傳感器、煙霧傳感器MQ-二、PCF8591A/D轉(zhuǎn)換熨竺名器^等。3、功能與利用說明(1)農(nóng)業(yè)大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)上裝有液晶屏，可在線實(shí)時(shí)收集和記錄監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的溫度、濕度、煙霧、光照等各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)情形。當(dāng)該系統(tǒng)接通電源時(shí)，液晶屏上會(huì)顯示三個(gè)大棚內(nèi)的各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)。(2)能夠通過按鍵能夠切換液晶屏上顯示的內(nèi)容。(3)上位性能夠存儲(chǔ)大棚的歷史數(shù)據(jù)信息。(4)單片機(jī)與單片機(jī)之間的多機(jī)通信：通過主機(jī)(單片機(jī))能夠看到另外兩個(gè)大棚的溫度，濕度，光照強(qiáng)度，有無人，有無煙霧等信息。方便用戶對(duì)所有大棚的信息。方便用戶對(duì)所有大棚的信息查看。(5)控制中心軟件采用C#編寫的上位機(jī)圖形界面，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)終端與單片機(jī)之間的通信。通過上位機(jī)終端實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)檢測(cè)的溫度、濕度、光照、煙霧等轉(zhuǎn)變，統(tǒng)計(jì)溫度、濕度、光照等環(huán)境數(shù)據(jù)的歷史數(shù)據(jù)。(6)當(dāng)上位機(jī)顯示的溫度、濕度、光照超過所定限值時(shí)，上傳報(bào)警信息并進(jìn)行本地及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，且單片機(jī)系統(tǒng)中蜂鳴器也會(huì)開始報(bào)警，同時(shí)小燈不斷的閃亮。一、平臺(tái)選型說明(1)采用最新STC15系列IAP15F2K61S2芯片。ISP/IAP，在系統(tǒng)可編程在應(yīng)用可編程，無需編程器，無需仿真器?？僧?dāng)仿真器利用。(2)增強(qiáng)型8051CPU，1T，單時(shí)鐘/機(jī)械周期，速度比普通8051快8-12倍(3)61K字節(jié)片內(nèi)片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器，擦寫次數(shù)10萬次以上(4)片內(nèi)大容量2048字節(jié)的SRAM(5)大容量片內(nèi)EEPROM，擦寫次數(shù)10萬次數(shù)以上(6)共8通道10位高速ADC，速度可達(dá)30萬次/秒，3路PWM還可當(dāng)3路D/A利用(7)共3通道捕捉/比較單元(CCP/PWM/PCA)(8)內(nèi)部高靠得住復(fù)位，8級(jí)可選復(fù)位門坎電壓，完全省掉外部復(fù)位電路(9)內(nèi)部高精度R/C時(shí)鐘，內(nèi)部時(shí)鐘從5MHz?35MHz可選，相當(dāng)于普通8051的60MHz?420MHz(10)兩組高速異步串行通信端口(可同時(shí)利用)，可在5組管腳之間進(jìn)行切換，分時(shí)復(fù)用可當(dāng)5組串口利用。(11)一組高速異步串行通信端口SPI。(12)各類接口擴(kuò)展齊全。(13)一根優(yōu)質(zhì)USB線實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)供電、程序下載、通信功能。二、控制中心(1)主要由PC機(jī)和上位機(jī)軟件組成，它實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的接收、存儲(chǔ)、顯示、數(shù)據(jù)請(qǐng)求和溫度曲線顯示、等信息管理工作。(2)對(duì)溫室大棚光照的調(diào)節(jié)、改善室內(nèi)空氣和對(duì)溫度、濕度、光照度的上下限值的設(shè)定。(3)主系統(tǒng)可隨時(shí)對(duì)從系統(tǒng)收集的信息進(jìn)行查看。3、大棚監(jiān)控點(diǎn)(1)實(shí)時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)的氣溫、光照、煙霧、濕度、有無人員進(jìn)入等數(shù)據(jù)收集到數(shù)據(jù)收集終端內(nèi)。(2)通過主單片性能夠?qū)崟r(shí)查詢其他兩個(gè)從單片機(jī)的溫度、濕度、光照、有無人、有無煙霧的信息。(3)當(dāng)溫度、濕度、光照超過系統(tǒng)所設(shè)定的上下限值時(shí)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，避免事故的發(fā)生。4、系統(tǒng)框圖七七t_上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)UVIAP15F61S2+J單片機(jī)1號(hào)一STC90C5M單片機(jī)2號(hào)型STC90CE1P單片機(jī)3號(hào)p五、器件原理及應(yīng)用溫室大棚信息收集系統(tǒng)由IAP15F61S2單片機(jī)、AT89C52單片機(jī)、漢字圖形12864液晶顯示模塊、溫度、濕度、煙霧等傳感器、串口收發(fā)設(shè)備、PCF8591A/D轉(zhuǎn)換器、按鍵、排氣扇等部份組成。下面對(duì)其主要部份給予介紹：PCF8591模塊圖1閂丁口口1/\/0轉(zhuǎn)換器咱們之所以利用平PCF8591模塊是因?yàn)樵撃K支持外部4路電壓輸入收集（電壓輸入范圍0-5v）、集成光敏電阻，能夠通過AD收集環(huán)境光強(qiáng)精準(zhǔn)數(shù)值，且PCF8591是具有I2C總線接口的8位A/D及D/A轉(zhuǎn)換器。有4路A/D轉(zhuǎn)換輸入，1路D/A模擬輸出。這就是說，它既可以作A/D轉(zhuǎn)換也能夠作D/A轉(zhuǎn)換。在作品中咱們主要用其集成的光敏電阻來收集光照強(qiáng)度，直接利用PCF8591具有I2C總線接口的8位A/D及D/A實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)值的轉(zhuǎn)換，取得光照的百分值。12864液晶顯示模塊為了使本系統(tǒng)的人機(jī)界面較為方便，同時(shí)為降低顯示程序編制的復(fù)雜程度，這里咱們利用了12864液晶圖形顯示模塊。該模塊內(nèi)含國標(biāo)一級(jí)簡(jiǎn)體漢字庫，只需給出漢字的區(qū)位碼，即ASC碼可實(shí)現(xiàn)漢字或ASC字符的顯示，且3000多個(gè)漢字的容量足以知足絕大部份應(yīng)用處合漢字顯示的需要。在作品中12864液晶屏主要用來顯示大棚濕度、溫度、光照、是不是有煙霧和人群等所有信息，動(dòng)態(tài)顯示大棚中溫度轉(zhuǎn)變的曲線，顯示濕度、溫度、光照等的上、下限值。3）溫度傳感器DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO-92小體積封裝形式；溫度測(cè)量范圍為-55℃?+125℃,可編程為9位?12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625℃,被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生。在作品中溫度傳感器主要用來檢測(cè)大棚內(nèi)溫度，當(dāng)大棚內(nèi)溫度超過系統(tǒng)

所設(shè)定的正常溫度時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提示操作人員調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。圖三溫度傳感器實(shí)物圖以及原理圖Hall所設(shè)定的正常溫度時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提示操作人員調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。圖三溫度傳感器實(shí)物圖以及原理圖Hall艮juiDSiaSO4）濕度傳感器濕度傳感器一HS1101是基于獨(dú)特工藝設(shè)計(jì)的電容元件。能夠應(yīng)用于辦公自動(dòng)化，車箱內(nèi)空氣質(zhì)量控制，家電，工業(yè)控制系統(tǒng)等。在需要濕度補(bǔ)償?shù)膱?chǎng)合他也能夠取得專門大的應(yīng)用。它有全互換性在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下不需校正、長時(shí)刻飽和下快速脫濕、能夠自動(dòng)化焊接，靠得住性與長時(shí)刻穩(wěn)固性和反映時(shí)刻快等特點(diǎn)。因此本基于農(nóng)業(yè)大棚的多點(diǎn)多參數(shù)的信息收集系統(tǒng)采用HS1101測(cè)量濕度，采用將HS1101置于555振蕩電路中，將電容值的轉(zhuǎn)變磚換成電壓頻率信號(hào)，能夠直接被微處置器收集。在作品中咱們將利用濕度傳感器收集大棚內(nèi)濕度，將數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)終端，便于工作人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大棚內(nèi)的濕度情形。當(dāng)濕度太高或太低時(shí)提示工作人員進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。其電路原理圖如下所示：5）煙霧傳感器MQ-2氣體傳感器所利用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。利用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。在作品中咱們將MQ-2與LM339比較器連接，通過比較器輸出的高低電平判斷有無煙霧。當(dāng)有煙霧時(shí)系統(tǒng)報(bào)警并提示工作人員注意大棚內(nèi)情形。其電路原理連接圖如下圖所示：6)人體紅外感應(yīng)傳感器其功能特點(diǎn)有：(1)全自動(dòng)感應(yīng):人進(jìn)入其感應(yīng)范圍則輸出高電平，人離開感應(yīng)范圍則自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉高電平，輸出低電平。(2)光敏控制(可選擇，出廠時(shí)未設(shè))：可設(shè)置光敏控制，白天或光線強(qiáng)時(shí)不感應(yīng)。(3)溫度補(bǔ)償(可選擇，出廠時(shí)未設(shè))：在夏天當(dāng)環(huán)境溫度升高至30?32℃,探測(cè)距離稍變短，溫度補(bǔ)償可作必然的性能補(bǔ)償。在作品中咱們用人體紅外感應(yīng)器來檢測(cè)有無人進(jìn)入大棚，當(dāng)有人進(jìn)入時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提示，通知工作人員有人進(jìn)入，方便工作人員查看是不是是有小偷進(jìn)入。4、串口通信模塊MAX232是TTL--RS232電平轉(zhuǎn)換的典型芯片，依照芯片的推薦電路，取振蕩電容為uF的時(shí)候，若輸入為5匕輸出能夠達(dá)到-14V左右，輸入為川，輸出能夠達(dá)到14V,在扇出電流為20mA的時(shí)候，處處電壓能夠穩(wěn)固在12V和-12V.因此，在功耗不是專門大的情形下，能夠?qū)AX232的輸出信號(hào)經(jīng)穩(wěn)壓塊后作電源利用。這里咱們用9針串口和MAX232結(jié)合來實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通信。將所取得的數(shù)據(jù)通過串口傳給上位機(jī)終端，使控制人員能夠通過上位機(jī)終端實(shí)時(shí)的查看到大棚內(nèi)的動(dòng)態(tài)。5、散熱模塊三極管是電流放大器件，有三個(gè)極，別離叫做集電極C,基極B,發(fā)射極E。三極管的放大作用就是：集電極電流受基極電流的控制（假設(shè)電源能夠提供給集電極足夠大的電流的話），而且基極電流很小的轉(zhuǎn)變，會(huì)引發(fā)集電極電流專門大的轉(zhuǎn)變，且轉(zhuǎn)變知足必然的比例關(guān)系。在作品中因?yàn)槔玫呐艢馍仁?2v的，系統(tǒng)中提供的5v的電壓不足以帶動(dòng)風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)，因此咱們利用三極管放大電路的原理來驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇，從而使5V的電壓帶動(dòng)12v的風(fēng)扇工作。托普物鞍網(wǎng)開創(chuàng)智慧農(nóng)業(yè),專業(yè)解決畜牧水產(chǎn)養(yǎng)殖自動(dòng)控制系統(tǒng)、大田種植智能I管理系統(tǒng)、花卉種植控制系統(tǒng)、農(nóng)產(chǎn)品安全溯源、溫室大棚智能控制等?！ňW(wǎng)址：www.agri50；coitk1農(nóng)業(yè)物底網(wǎng)解決方案咨詢0571-gl9：5726086056609^托普物聯(lián)網(wǎng)是浙江托普儀器有限公司旗下的重要項(xiàng)目。浙江托普儀器是國內(nèi)領(lǐng)先的農(nóng)業(yè)儀器研發(fā)生產(chǎn)商，依據(jù)自身在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研發(fā)實(shí)力，和自主研發(fā)的配套設(shè)備，在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域嶄露頭角！托普物聯(lián)網(wǎng)以客戶需求為源頭，結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技、通信技術(shù)、運(yùn)算機(jī)技術(shù)、GIS信息技術(shù)，和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，竭誠為傳統(tǒng)行業(yè)提供信息化、智能化的產(chǎn)品與端到端的解決方案。主要有：大田種植智能解決方案、畜牧養(yǎng)殖管理解決方案、食物安全溯源解決方案、食用菌種植智能化管理解決方案、水產(chǎn)養(yǎng)殖管理解決方案、溫室大棚智能控制解決方案等。托普物聯(lián)網(wǎng)三大系統(tǒng)產(chǎn)品咱們明白物聯(lián)網(wǎng)主要包括三大層次，即感知層、傳輸層和應(yīng)用層。因此托普物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品主要以這三個(gè)層次延伸，涵蓋了感知系統(tǒng)（環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備）