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1、检测课程设计蔬菜大棚智能控制系统学院： 电气学院专业班级：电仪 093 班姓名： 朱学政 指导教师：董爱华 李良蔬菜大棚智能控制系统- 2 -目录1摘要-32. 实验所需元器件-33. 实验整体结构图-44. 传感器简介-74.1.1 DS18B20 简介-74.1.2 DS18B20 的性能特点 -74.2.1 DHT11 简介-74.2.2 DHT11 的性能特点-84.3 热释电传感器模块简介及特性-104.4 光敏电阻传感器原理及特性-114.5 ZigBee 无线模块简介-125. 温室大棚控制系统软件设计-125.1.1 下位机软件设计-125.1.2 编程软件简介-155.2.1
2、 上位机软件设计-155.2.2 Microsoft Visual Studio 2008 编程软件简介-166. 总 结-17附录-18参考文献-37蔬菜大棚智能控制系统- 3 -1. 摘要随着单片机和传感技术的迅速发展，自动检测领域发生了巨大变化，温室环境自动监测控制方面的研究有了明显的进展，并且必将以其优异的性能价格比，逐步取代传统的温湿度与光照强度的控制措施。但是，目前应用于温室大棚的温湿度检测系统大多采用模拟温度传感器、多路模拟开关、A/D 转换器及单片机等组成的传输系统。这种温湿度度采集系统需要在温室大棚内布置大量的测温电缆，才能把现场传感器的信号送到采集卡上，安装和拆卸繁杂，成本
3、也高。同时线路上传送的是模拟信号，易受干扰和损耗，测量误差也比较大。为了克服这些缺点，本系统采用单片机做下位机，计算机做上位机并采用无线传输技术实现蔬菜大棚的自动控制，同时，本系统所选的温湿度传感器采用单总线方式传输数据，使数据采集更加准确。本系统采用单总线传感器能够对大棚内的温湿度进行采集，利用温湿度传感器将温室大棚内温湿度的变化，变换成数字量，其值由单片机处理，最后由单片机传输给上位机显示，显示温室大棚内的实际温湿度，同时上位机预设目标量传输给下位机，由下位机将采集量同预设量比较，对大棚内的温度进行自动调节。再利用光敏电阻对当前光照强度进行检测，同理实施自动控制。同时，在该系统中加入了热释
4、电用于防盗报警，使经济作物更安全！这种温湿度及光照强度的测控系统可应用于农业生产的温室大棚，实现对温度，湿度，光照强度的实时控制，是一种比较智能、经济的方案，适于大力推广，以便促进农作物的生长，从而提高温室大棚的亩产量，以带来很好的经济效益和社会效益。2. 实验所需元器件ATmega16 单片机最小系统（1 个） ，电加热丝（1 个） ，继电器(2 只)，风扇（1 个） ，三极管 8050（4 只） ，热释电模块（1 个） ，光敏电阻（2 只） ，DS18B20 温度传感器（1 只） ，DHT11 温湿度传感器（1 只） ，ZigBee 无线通信模块（2 个） ，MAX232(1 个)。蔬菜大
5、棚智能控制系统- 4 -3. 实验整体结构图图 3.1 整体实物图图 3.2 下位机控制系统AVR 单片机DS18B20 温度传感器DHT11 湿度传感器光敏电阻（内）光敏电阻（外）热释电ZigBee 无线传输模块加热器通风散热扇补光灯蔬菜大棚智能控制系统- 5 -图 3.3 上位机控制外围硬件本系统由如图 1、图 2 所示，DS18B20 温度传感器与 DHT11 温湿度传感器及光敏电阻采集数据，ATmega16 单片机进行数据处理，上位机显示温湿度并设定目标温度与光照强度。由 PWM 控制光照强度，当温度小于设定目标温度时，加热起开始加热，当温度等于目标温度时，加热器停止加热，当温度超过目
6、标温度+1 时，通风散热扇开始工作降温，以此循环，控制温度恒定。补光灯的控制是通过检测当前光照与设定目标光照的差值，再通过 PID 算法控制PWM 的产生来控制灯光的强度。由热释电红外传感器来检测外界环境的变化，输出信号给单片机，由单片机将信号传送给上位机，上位机判断信号，从而做出是否报警的动作。图 3.4 传感器使用几部分驱动电路图ZigBee 无线传输模块 PC 机蔬菜大棚智能控制系统- 6 -图 3.5 无线通讯模块与加热模块电路图图 3.6 ATmega16 单片机最小系统蔬菜大棚智能控制系统- 7 -4. 传感器简介4.1.1 DS18B20 简介图 4.1 DS18B20 不同封装
7、与管脚图DS18B20 数字温度传感器采用 DS18B20 可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样等优点，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。4.1.2 DS18B20 的性能特点 适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数 据线供电 独特的单线接口方式，DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯 DS18B20 支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温 DS18B20 在使用中不需要任何外围元件，全部 传感元件及转换电路集成在形如一
8、只三极管的集成电路内 温范围55125，在-10+85时精度为0.5 可编程的分辨率为 912 位，对应的可分辨温度分别为 0.5、0.25、0.125和 0.0625，可实现高精度测温 在 9 位分辨率时最多在 93.75ms 内把温度转换为数字，12 位分辨率时最多在 750ms 内把温度值转换为数字，速度更快 测量结果直接输出数字温度信号，以一 线总线 串行传送给 CPU，同时可传送 CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力 负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁， 但不能正常工作。4.2.1 DHT11 简介蔬菜大棚智能控制系统- 8 -图 4.2 DHT11 实物图DHT11
9、 数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个 NTC测温元件，并与一个高性能 8 位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个 DHT11 传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在 OTP 内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达 20 米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合
10、的最佳选则。产品为 4 针单排引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。4.2.2 DHT11 的性能特点DATA 用于微处理器与 DHT11 之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,一次通讯时间 4ms 左右,数据分小数部分和整数部分,具体格式在下面说明,当前小数部分用于以后扩展,现读出为零.操作流程如下:一次完整的数据传输为 40bit,高位先出。数据格式:8bit 湿度整数数据+8bit 湿度小数数据+8bi 温度整数数据+8bit 温度小数数据+8bit 校验和数据传送正确时校验和数据等于“8bit 湿度整数数据+8bit 湿度小数数据+8bi 温度整数数据+8bit 温度小
11、数数据”所得结果的末 8 位。用户 MCU 发送一次开始信号后,DHT11 从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束后,DHT11 发送响应信号,送出 40bit 的数据,并触发一次信号采集,用户可选择读取部分数据.从模式下,DHT11 接收到开始信号触发一次温湿度采集,如果没有接收到主机发送开始信号,DHT11 不会主动进行温湿度采集.采集数据后转换到低速模式。1.通讯过程如图 4.3 所示蔬菜大棚智能控制系统- 9 -图 4.3总线空闲状态为高电平,主机把总线拉低等待 DHT11 响应,主机把总线拉低必须大于 18 毫秒,保证 DHT11 能检测到起始信号。DHT11 接收到主机的
12、开始信号后,等待主机开始信号结束,然后发送 80us 低电平响应信号 .主机发送开始信号结束后,延时等待 20-40us 后, 读取 DHT11 的响应信号,主机发送开始信号后,可以切换到输入模式,或者输出高电平均可, 总线由上拉电阻拉高。图 4.4总线为低电平,说明 DHT11 发送响应信号,DHT11 发送响应信号后,再把总线拉高 80us,准备发送数据,每一 bit 数据都以 50us 低电平时隙开始,高电平的长短定了数据位是 0 还是 1.格式见下面图示.如果读取响应信号为高电平,则 DHT11 没有响应,请检查线路是否连接正常.当最后一 bit 数据传送完毕后，DHT11 拉低总线
13、50us,随后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。数字 0 信号表示方法如图 4.5 所示蔬菜大棚智能控制系统- 10 -图 4.5数字 1 信号表示方法.如图 4.6 所示图 4.64.3 热释电传感器模块简介及特性图 4.7 热释电传感器模块实物图热释电红外线传感器由探测元、滤光片和场效应管阻抗变换器等三大部分组成，如图 4.8 所示。对不同的传感器来说，探测元的制造材料有所不同。如SD02 的敏感单元由锆钛酸铅制成；P2288 由 LiTaO3 制成。将这些材料做成很蔬菜大棚智能控制系统- 11 -薄的薄片，每一片薄片相对的两面各引出一根电极，在电极两端则形成一个等效的小电容。因为这两个小电容是做在同一硅晶片上的，因此形成的等效小电容能自身产生极化，在电容的两端产生极性相反的正、负电荷。传感器中两个电容是极性相反串联的。图 4.8 双探测元热释电红外传感器当传感器没有检测到人体辐射出的红外线信号时，在电容两端产生极性相反、电量相等的正、负电荷，所以，正负电荷相互抵消，回路中无电流，传感器无输出。当人体静止在传感器的检测区域内时，照射到两个电容上的红外线光能能量相等，且达到平衡，极性相反、能量相等的光电流在回路中相互抵消，传感
