工廠化養(yǎng)殖自動控制系統(tǒng)的設(shè)計課程-資料下載頁

　　

【正文】 ；關(guān)所有八段RETLEDMAP ；八段管顯示碼DB 3fh，06h，5bh，4fh，66h，6dh，7dh，07hDB 7fh，6fh，77h，7ch，39h，5eh，79h，71hDLPRLC AMOV R3，AMOV ACC．0，CANL A，0FDhMOV DPTR，DATl64MOVX @DPTR，AMOV DPTR，CLKl64ORL A，02hMOVX @DPTR，AANL A，0FDhMOVX @DPTR，AMOV A，R3DJNZ b，DLPRET數(shù)據(jù)采集程序采樣始址送RO采樣次數(shù)送R3采樣通道數(shù)送R2選通RNO,啟動ADC延時60微秒，讀A/D數(shù)據(jù)修改地址及通道號3通道都采用一次3次均采樣完返回修改地址圖42采樣程序流程圖圖42采樣程序流程圖圖42 采樣程序流程圖 43數(shù)字濾波程序流程圖初始化顯示參數(shù)化顯示參數(shù)開始關(guān)所有位顯示取顯示數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)移位輸出到164輸出時鐘脈沖到1648段碼完成輸出位選通信號延時位選通信號移位指向下一個顯示數(shù)據(jù)6位完成返回 圖44顯示程序流程圖水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境是一個非常復(fù)雜的多變量、大慣性、非線性系統(tǒng)，影響水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境因素很多，又有關(guān)聯(lián)的耦合現(xiàn)象，采用傳統(tǒng)的控制方法很難取得好的控制效果。因此，本系統(tǒng)采用模糊控制方法來實現(xiàn)對養(yǎng)殖環(huán)境的人工調(diào)控。對于溫度的控制采用模糊控制算法。系統(tǒng)先計算出給定值與采樣值之間的偏差，然后采用模糊控制算法得到控制量來控制設(shè)備的運行。在本系統(tǒng)中溫度模糊控制的實時控制算法，就是得出采樣值的偏差e和偏差變化率ec，并根據(jù)量化因子KK2模糊化成相應(yīng)等級值E、EC，然后再根據(jù)已經(jīng)獲得的模糊控制總表，推算出相應(yīng)的模糊控制輸出量的等級值u。若等級值u代表的是離散量，則轉(zhuǎn)換成該等級值所代表的意義；若等級值u代表的是連續(xù)量，則乘以比例因子K3轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的模擬量，并用此模擬量去控制溫度控制機構(gòu)的模擬量。其具體設(shè)計步驟如下：(1)確定模糊控制器的結(jié)構(gòu)：模糊控制器的結(jié)構(gòu)是指如何選擇它的輸入、輸出變量。由于模糊控制規(guī)則是總結(jié)操作人員控制經(jīng)驗面得到的，所以選擇的輸入變量應(yīng)是操作人員能觀察到的變量，輸出變量應(yīng)是能對執(zhí)行機構(gòu)進行控制的變量。一般比較常用的是單輸入單輸出控制結(jié)構(gòu)或者雙輸入單輸出控制結(jié)構(gòu)。因此，溫度模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選擇的是雙輸入單輸出控制結(jié)構(gòu)。溫度模糊控制器輸入語言變量選為實際溫度T與溫度給定值Tg之間的誤差Er及其變化率ECT，而輸出語言變量選為加熱及制冷裝置的開關(guān)狀態(tài)。(2)輸入語言變量誤差、誤差變化和輸出語言變量的隸屬函數(shù)：誤差ET的基本論域為【，+】，選ET的論域x={－4，－3，－2，－1，0，+1,+2，+3，+4}，則量化因子。為ET選取5個語言變量值:NB, NS，Z，PS，PB。通過對操作者的實際經(jīng)驗總結(jié)，可確定出在論域x上用以描述模糊子集NB，…，PB的隸屬函數(shù)u(x)，如圖45所示。 圖45溫度誤差隸屬函數(shù)控制量u取{－1，0，＋1)三個值。其中：－1代表關(guān)加熱器，開制冷器；0代表關(guān)加熱器，關(guān)制冷器：+l代表開加熱器，關(guān)制冷器；第五章 基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)箱養(yǎng)魚系統(tǒng)網(wǎng)箱養(yǎng)魚是利用竹、木、金屬網(wǎng)片或合成纖維等為網(wǎng)身材料，裝配成一定形狀開放式或密閉式的箱體，設(shè)置在流水中．通過高密度的投餌精養(yǎng)或不給餌而利用水中的浮游生物作為食物達到高產(chǎn)的一種養(yǎng)殖方式。這種方式具有機動、簡便、產(chǎn)量高及適應(yīng)水域廣等優(yōu)點，有著廣闊的發(fā)展前景。溫度、餌料和水體中的溶氧量等對產(chǎn)量和質(zhì)量影響非常大，其中溫度監(jiān)控成為提高養(yǎng)殖密度和產(chǎn)量的關(guān)鍵。目前，國內(nèi)進行水體溫度監(jiān)控一般是使用單片機系統(tǒng)，使用有線方式傳輸監(jiān)測信號．但這種方式存在成本高、系統(tǒng)較為復(fù)雜、監(jiān)測范圍小、抗干擾性差等缺點。無線傳感器技術(shù)是傳感器技術(shù)與無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合，是一種新興的智能監(jiān)測與控制技術(shù)，由于其具有低成本、體積小、實時性強、功耗低、抗干擾性強、嵌入性好等特點，廣泛應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。在水養(yǎng)殖生產(chǎn)中，應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行水體溫度等數(shù)據(jù)的采集與傳送．對提高水養(yǎng)殖產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本、減輕勞動強度具有重要的意義。本文設(shè)計了一種基于ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，并運用該節(jié)點組建一個面向水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)中網(wǎng)箱溫度監(jiān)控的無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測與控制系統(tǒng)。 ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡介 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSNs，wireless sensor networks)是一種超大規(guī)模、無人值守、資源受限的全分布系統(tǒng)。采用多跳對等的通信方式，其網(wǎng)絡(luò)拓撲動態(tài)變化。具有自組織、自適應(yīng)等智能屬性。它融合了傳感器、網(wǎng)絡(luò)、無線通信、單片機和自動控制等技術(shù)。同時，針對不同的應(yīng)用對象體現(xiàn)了很強的適應(yīng)性和靈活性，在工業(yè)控制與監(jiān)測、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、物流、健康和環(huán)境監(jiān)測等方面有著廣泛的應(yīng)用。 Zigbee這一名稱來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。可工作在2．14 GHz(全球流行)、868 MHz(歐洲流行)和915 MHz(美國流行)3個頻段上，分別具有最高至250 kbit／s、20 kbit／s、40kbit／s的傳輸速率，它的傳輸距離在10m～75 m的范圍內(nèi)，但還可以繼續(xù)增加。依據(jù)發(fā)射功率的大小和應(yīng)用模式而定，1臺Zigbee設(shè)備可以連接多達254個同類的設(shè)備。此外，由于Zigbee具備高鏈接數(shù)與低耗電的特性，已經(jīng)成為目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSNs)中無線通信技術(shù)的首選之一，可應(yīng)用在溫度測量、水電煤氣計量數(shù)據(jù)記錄、保衛(wèi)防護的監(jiān)控等方面，廠商無需經(jīng)常更換電池或布建供電網(wǎng)絡(luò)，即可方便地取得所需的信息。 無線網(wǎng)箱溫度自動檢測系統(tǒng)的構(gòu)成無網(wǎng)絡(luò)的連接方式有很多種，最基本的有星狀連接、串狀連接和網(wǎng)狀連接三種連接方式。因為Zigbee的解決方案支持每個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器帶有254個激活節(jié)點，多個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器可以聯(lián)結(jié)大型網(wǎng)絡(luò)，所以本設(shè)計網(wǎng)絡(luò)連接選用串狀連接方式．多個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器可以協(xié)同工作，這一特點保證了新增網(wǎng)箱節(jié)點的靈活加入，還可以滿足大規(guī)模的要求。該無線網(wǎng)箱溫度自動檢測系統(tǒng)的中心控制單元和網(wǎng)箱溫度監(jiān)控終端組成。 無線網(wǎng)箱溫度自動檢測系統(tǒng)的設(shè)計 中心控制單元管理人員可在中心控制單元通過控制面板或鍵盤設(shè)定正常的溫度范圍，如果某網(wǎng)箱溫度超過設(shè)定范圍則中心控制單元通過聲光等方式報警；管理人員還可根據(jù)漁場實際情況增添或減少監(jiān)控網(wǎng)箱節(jié)點數(shù)目，同樣通過控制面板或鍵盤進行操作；可對歷史數(shù)據(jù)進行記錄，并可根據(jù)不同組合條件進行查詢，并生成報表(與電腦連通后可用)。中心控制單元包括MCU與Zigbee射頻模塊、聲光報警模塊、鍵盤顯示模塊和電源模塊。主要模塊說明如下：MCU與Zigbee射頻模塊采用CC2430芯片。；在接收和發(fā)射模式下。電流損耗分別低于27mA或25mA。CC2430的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動模式的超短時間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長的應(yīng)用。Zigbee協(xié)議通過軟件程序固化在CC2430的內(nèi)存中。CC2430芯片的主要特點如下：（1）高性能和低功耗的8051微控制器核；（2）集成符合IEEE802．15．4標(biāo)準(zhǔn)的2．4 GHz的RF無線電收發(fā)機；（3）優(yōu)良的無線接收靈敏度和強大的抗干擾性；（4）在休眠模式時僅0．9μA的流耗，外部的中斷或RTC能喚醒系統(tǒng)；在待機模式時少于0．6μA的流耗．外部的中斷能喚醒系統(tǒng)；（5）硬件支持CSMA／CA功能；（6）較寬的電壓范圍(2．0 V～3．6 V)；（7）數(shù)字化的RSSI／LQl支持和強大的DMA功能；（8）具有電池監(jiān)測和溫度感測功能；（9）集成了14位模數(shù)轉(zhuǎn)換的ADC；（10）集成AES安全協(xié)處理器；（11）帶有2個強大的支持幾組協(xié)議的USART，以及1個符合IEEE 802．15．4規(guī)范的MAC計時器，1個常規(guī)的16位計時器和2個8位計時器；（12）強大和靈活的開發(fā)工具。 聲光報警模塊通過喇叭和警燈實現(xiàn)，在發(fā)生異常情況下,如溫度超標(biāo)等,進行高響度、高亮度的聲光提醒，引起管理人員的注意。鍵盤及顯示模塊控制鍵盤采用數(shù)字控制面板，由數(shù)字鍵0～9及確定和取消鍵組成，顯示模塊采用可以顯示兩行字符的LCD，每行可以顯示14個字符。 網(wǎng)箱溫度監(jiān)控終端網(wǎng)箱溫度監(jiān)控終端最重要的功能是溫度監(jiān)控，并能及時將監(jiān)控數(shù)據(jù)信息發(fā)送到中心控制單元；為了保證網(wǎng)箱溫度監(jiān)控終端的正常工作，還需具有節(jié)點低電壓報警功能以及顯示功能。，即當(dāng)監(jiān)控終端電壓低于正常的工作電壓時，則向中心控制單元發(fā)出請求更換電池的信號；網(wǎng)箱溫度監(jiān)控終端包括MCU與Zigbee射頻模塊、溫度傳感器、鍵盤顯示模塊和電源模塊。MCU與Zigbee射頻模塊與中心控制單元中的一樣，采用CC2430芯片。溫度傳感器采用意法半導(dǎo)體的STTS75系列數(shù)字溫度傳感器芯片，采用標(biāo)準(zhǔn)的8引線TSSOP和SO8封裝，適用于設(shè)備控制應(yīng)用領(lǐng)域，此系列產(chǎn)品采用一個帶隙式溫度傳感器，內(nèi)置一個可編程的9位到12位的sigmadelta模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，能夠把模擬的溫度讀數(shù)信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。STTS75是在出廠前校準(zhǔn)的，無需其它外部組件。在55℃到125℃范圍內(nèi)，傳感器測量精度上下浮動3℃；在25℃到100℃范圍內(nèi)．傳感器感應(yīng)精度上下浮動2℃。此系列傳感器是為2．7 V～5．5 V低電源電壓設(shè)計的，工作電流消耗很低．在3．3 V電壓下典型工作電流僅為75μA。在省電的關(guān)斷模式下，待機電流非常低，最大值僅為1μA。上電默認(rèn)設(shè)置使該系列產(chǎn)品能夠作為一個恒溫器獨立工作．溫度數(shù)值和溫度調(diào)節(jié)滯后值都可以編程。控制鍵盤采用數(shù)字控制面板．由數(shù)字鍵0～9及確定和取消鍵組成，顯示模塊可采用數(shù)碼管顯示，因為很少用到，所以只有必要時才打開開關(guān)觀察當(dāng)前溫度值。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為近年來一門新興技術(shù)．在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。基于Zigbee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由于其成本低、實時性好、嵌入性強，在養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控中具有良好的應(yīng)用前景。本文所設(shè)計的基于Zigbee的無線網(wǎng)箱溫度自動檢測系統(tǒng)．減少了現(xiàn)場布線帶來的各種問題，對網(wǎng)箱節(jié)點的管理也更加方便，具有低成本、運行可靠、適用面積廣等特點，為實現(xiàn)大規(guī)模水產(chǎn)養(yǎng)殖中網(wǎng)箱監(jiān)控的信息化自動化，提高養(yǎng)殖產(chǎn)量和質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、減輕勞動強度具有很高的實際應(yīng)用價值。第六章 結(jié)論與建議本文針對工廠化養(yǎng)殖系統(tǒng)的特點，結(jié)合單片機和ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計了一種工廠化養(yǎng)殖自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)在室內(nèi)養(yǎng)殖環(huán)境，能很好的檢測水環(huán)境的溫度、溶氧量以及pH值等環(huán)境參數(shù)，并且可以有效的控制它們的數(shù)值，為營造一個有利于養(yǎng)殖對象快速、健康生長的環(huán)境提供了保證；在室外網(wǎng)箱養(yǎng)殖環(huán)境，該系統(tǒng)可以很好的檢測以上環(huán)境參數(shù)。本論文設(shè)計層次分明，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，語言簡潔，公式計算清晰。 目前我國的工廠化養(yǎng)殖尚處在初級階段，今后要解決的核心問題是加快養(yǎng)魚水質(zhì)處理及其再循環(huán)利用。我國的海水魚類養(yǎng)成模式，基本上已經(jīng)達到由傳統(tǒng)粗養(yǎng)向準(zhǔn)工業(yè)化養(yǎng)殖方向的轉(zhuǎn)變，并建立起符合國情的海上網(wǎng)箱和陸基工廠的集約化養(yǎng)殖模式。針對部分魚類而專門設(shè)計的工廠化養(yǎng)殖自動控制系統(tǒng)模式，今后急需對開放式系統(tǒng)加快改造步伐，通過工程措施將其改造成為半封閉式乃至全封閉式，節(jié)能、節(jié)水型的工廠化養(yǎng)殖自動控制系統(tǒng)，甚至達到智能化的管理水平，運轉(zhuǎn)數(shù)年后，優(yōu)化為定型產(chǎn)品，再向全國普及推廣。致 謝在完成論文的過程中，我遇到了很多問題，在此非常感謝程紹洪老師的指導(dǎo)，在此指導(dǎo)下圍繞論文的相關(guān)工作才得以順利地展開。在這半年的論文設(shè)計中，從開始的選題，到接下來的開題報告，外文翻譯，文獻綜述，正文撰寫，程老師費了不少心思，他深厚的理論基礎(chǔ)、豐富的工程經(jīng)驗、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，都使我受益匪淺。他耐心的講解，使我了解了很多原先不懂的知識。在此向幫助我、支持我、鼓勵我的程老師表示最誠摯的感謝。此外，要特別感謝我的父母和家人，感謝他們在我的學(xué)習(xí)和生活上所傾注的心血和付出的辛勤勞動；感謝大連海洋大學(xué)電子教研室的所有老師，感謝他們四年以來對我的教育；同時要對支持幫助我的同學(xué)們表示感謝，在查閱資料過程中他們給我提出了很多的建議，在論文排版的過程中也給予我很大的幫助。參考文獻[1] ，250282.[2] ，168187.[3] 瞿雷，胡咸斌，；，70108.[4] 董大鵬，唐曉英，2528.[5] 顧瑞紅,，31（6）:13.[6] 成銳,李靜,雷鳴. ，9（12）:5458.[7] ，8085.[8] 封瑜,，33（3):2123.[9] 凌明，“Garfield”（5）：5560.[10] 原羿，21(6).[11]王高,姚密紅,118126.[12]Texas 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