精品畢業論文--基于物聯網技術的溫室大棚控制系統設計-文庫吧在線文庫

　　

【正文】 本系統的單片機與上位機之間的串口通訊采用符合 RS485 電氣標準的MAX485 芯片。 nRF905 是挪威 Nordic 公司推出的單片射頻發射器芯片，工作電壓為 ~， 32 引腳 QFN 封裝（ 5mm 5mm），工作于 433/868/915MHz3 個 ISM頻道。 (4)功耗低，耗電量比其他顯示器件小得多。 10 TSL2561 光強度數字轉換芯片與單片機 P0 相接，電路原理圖如圖 所示。 (T2)1(T2EX)2345(MOSI)6(MOSO)7(SCK)8RST9(RXD)10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119GND20(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE(PRCG)30EA/VPP31(AD7)32(AD6)33(AD5)34(AD4)35(AD3)36(AD2)37(AD1)38(AD0)39VCC40U1AT89S52VDD1VOUT2GND3U11FDS100+U10LM358GNDVCC10KR740KR8GND+5GNDVCCGND 圖 FDS100 型土壤水分傳感器連接 電路圖 光強測量電路 模 塊 本設計選擇 TSL2561 光強傳感器檢測溫室大棚的光照度。 GND1DATA2SCK3VDD4NC5NC6NC7NC8U7SHT10(T2)1(T2EX)2345(MOSI)6(MOSO)7(SCK)8RST9(RXD)10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119GND20(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE(PRCG)30EA/VPP31(AD7)32(AD6)33(AD5)34(AD4)35(AD3)36(AD2)37(AD1)38(AD0)39VCC40U1AT89S521KR4GNDVCCVCCGNDVCC 圖 SHT10 數字式溫濕度傳感器連接 電路圖 土壤濕度測量電路 模塊 本設計選擇 FDS100 型土壤水分傳感器檢測土壤中水分的含量。其中，常用的為 PDIP 形式，如圖 所示。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業 80C51產品指令和引腳完全兼容。與方案二和方案三相比較，方案一的 FDS100型土壤水分傳感器是專業檢測土壤水 分的傳感器，檢測精度高，能直接穩定地反應各種土壤的真實水分含量，密封性好，可長期埋入土壤中使用，且不受腐蝕。 從機AT89S52 加熱系統 通風系統 滲灌系統 補光系統 報警系統 空氣溫濕度傳感器 信號放大電路 土壤水分傳感器 光強傳感器 二氧化碳傳感器 MAX485 上位機 MSP430主控制器 溫度傳感器 濕度傳感器 二氧化碳傳感器 液晶屏動態顯示 風扇 噴淋子系統 LCD 顯示系統 主機AT89S52 無線通信模塊 5 圖 系統框圖 方案三：本溫室大棚控制系統的核心采用 AT89C51單片機；溫度傳感器采用改進型智能傳感器 DS18B20；智能濕度傳感器采用 SHT11；光照度傳感器采用GZD01型光照度感應探頭； CO2傳感器選用紅外線氣敏傳感器。 主機將采集到 數 值在 液晶 1602上顯示出來，并通過 無線 通信 模塊 nRF905 將信號傳到從機。 無線傳感網絡 由部署在監測區域內大量的微型傳感器節點通過無線通信形成的一個多跳自組織的網絡，其主要目的是采集與處理該網絡覆蓋范圍內監測參數的信息 [3]。 1 摘 要 基于物聯網技術的溫室大棚控制 系統以 AT89S52 單片機為核心，采用加熱爐和風機、噴灌和滲灌、熒光燈，分別為溫室大棚進行加熱、增加二氧化碳濃度、增加空氣濕度、灌溉、人工補光；使用 SHT10 數字式溫濕度傳感器、 FDS100型土壤水分傳感器、 SH300DH 二氧化碳傳感器和 TSL2561 光強傳感器，將 采集 的大棚內的數據信息 在 液晶 1602 上顯示出來，并通 過無線 通信 模塊 nRF905將信號傳到從機。 物聯網是基于傳感器技術的新型網絡技術，在現代農業中，大量的傳感器節點構成了一張張功能各異的監控網絡，通過各種傳感器采集與作物生產有關的各種生產信息和環境參數，可以幫助農民及時發現問題，準確地捕捉發生問題的位置，對耕作、播種、施肥、灌溉等田間作業 進行數字化控制，使農業投入品的資源利用精準化、效率最大化 [2]。數據采集部分使用AT89S52 單片機，將隨被測 各項數據 變化的電壓或電流采集過來，進行數據的處理，在顯示電路上，將被測 各項數據 顯示出來。 系統的體系結構見圖 。 方案一使用 FDS100型土壤水分傳感器檢測土壤中水分的含量，方案二的 濕度和光強利用 MSP430內部 A/D通過 ～ 4個端口進行多通道序列采集，方案三 濕度傳感器 SHT11測量濕度。 控制 器 模塊 本設計的 控制 器 模塊選用 AT89S52，它是一種低功耗、高性能 CMOS 8位微控制器，具有 8K 在系統可編程 Flash 存儲器。 (2) 在外部結構上 ， AT89S52 單片機和 MCS51 系列單片機的結構相同，有三種封裝形式，分別是 PDIP 形式，為 40 針腳； PLCC 形式，為 44 針腳； TAFP形式，也為 44 針腳 [5]。 如圖 ， SHT10數字式溫濕度傳感器來檢測溫室大棚中空氣的溫濕度，并將檢測到的信號 傳送給單片機的 P0 口，讓單片機處理。 FDS100 型土壤水分傳感器經過 LM358 經信號放大輸送至單片機 P0 口，電路如圖 所示。當光強度超過用戶編程設置的上或下閾值時 器件會輸出一個中斷信號。 (3)體積小，質量輕。 主機與從機之間的無線通信 主要是 主機把 采集到的空氣溫濕度、土壤濕度、二氧化碳濃度以及光強照度的 數據 通過一對配置的 nRF905 無線收發模塊 發送到從機 ， 從機接收數據并 控制加熱系統、通風系統、滴灌系統、補光系統以及報警子系統的運行 。主機與從機之間無線通信連接電路圖見附錄 1。故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。作為一種線性控制器，它根據給定值和實際輸出值構成控制偏差，將偏差按比例、積分和微分通過線性組 合構成控制量，對被控對象進行控制，故稱控制器。 B 積分作用 積分作用的引入，主要是為了保證被控量在穩態時對設定值的無靜差跟蹤，它對系統的性能影響可以體現在以下兩方面： (1) 對動態特性的影響 積分作用通常使系統的穩定性下降。 從頻域分析的角度講，微分作用等效于一個高通濾 波器，即有可能在控制 輸出中引入較強的高頻噪聲，這是實際控制所不希望的。 增量 )(ku? ，當執行機構需要的是控制量的增量時，應采用增量式 PID 控制。 系統下位機主程序流程圖設計 本系統軟件下位機程序主要 由下位機各數據測控、上位機與下位機通訊、報警等程序組成。 sfr AUXR1=0xa2。/**///比較參量 1,時間 [0:1]、濕度 [2:3]、溫度[4:5]、 CO2[6]、光強 [7] unsigned char address=0x10。 //電機 sbit li=P2^1。 } void change(unsigned char n) //數據格式轉換 { unsigned char k。 } show[5]=show[2]=39。039。 case 2: show[0]=t0ime[1]/16+39。 show[5]=t0ime[0]%16+39。39。039。%39。.39。039。p39。 show[2]=39。 wr_lcd(m,0x01)。 } void showall(char a) //1602 顯示所有 { switch(a) { case 0: readall()。 chn_disp_1(0x87,0,1,show)。 change(7)。 break。 chn_disp_1(0x88,0,4,CO^2)。039。 break。 change(0)。 chn_disp(0x9a,2,星期 )。 change(4)。 wet[2]=t0ime[4]。 chn_disp_1(0x8f,0,2,℃ )。 change(6)。 change(7)。 case 11: chn_disp(0。 chn_disp(0x90,4,自動補償 )。 wet[5]=t0ime[7]。 wet[4]=t0ime[6]。 wet[2]=t1ime[4]。 change(4)。 break。 chn_disp(0x89,3,show)。 chn_disp(0x91,3,show)。/39。 case 3: chn_disp(0x82,4,測量間隔 )。 chn_disp(0x98,4,濕度范圍 )。 case 1: chn_disp(0x80,4,參量設置 )。 chn_disp_1(0x95,0,5,show)。 chn_disp(0x80,4,show)。 chn_disp(0x80,2,制作 )。 show[4]=39。 case 7: show[0]=wet[5]/16+39。039。 case 6: g=CO2_deal(wet[4])。039。.39。039。039。 show[3]=show[2]=39。039。039。k++) { show[63*k]=set_rtc_code[k]/16+39。 } void readall() //讀取時間、濕、溫、 CO光強 { Read_RTC()。 //3 sbit key4=P0^0。 //濕度 [0:1]、溫度 [2:3]、 CO2[4]、光強 [5] unsigned char xdata max[6]={0}。本系統是本著在不影響功能實現的前提條件下盡可能降低生產成本的宗旨，以 AT89S52 為核心，以 PID 控制為主要控制方式，以檢測并調節空氣溫濕度、土壤濕度、 CO2 濃度和光照度為主要目的的測控系統。 (3) 算式中不需要累加。在計算機 PID 控制中，使用的是數字 PID 控制器。 C 微分作用 微分作用通常與比例作用或積分作用聯合作用，構成 PD 控制或者 PID 控制。 (1) 對動態特性的影響 比例控制參數 Kc 凡加大，使系統的動作靈敏，速度加快， Kc 偏大，振蕩次數加多，調節時間加長。 16 D1T1AC 220VC222200UC232200UC242200UC21IN1OUT2GND3U107805IN1OUT2GND3U87812IN1OUT2OUT3U97905C19C200,1U+12V+5V5V 圖 電源電路圖 4 系統軟件設計 根據空氣溫 濕度、土壤濕度、二氧化碳濃度、光照度等數據的特點和農作物的生長特點，本系統對溫室的空氣溫度、光照度進行 PID 算法控制。單片機和上位機之間的通信必須用 RS232/RS485 轉換器 EM485B 將電平進行轉換。 nRF905 詳細結構圖如圖 所示。由單片機 I/O 口輸出信號