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1、德州学院 物理系 2012届 电子信息科学与技术专业 毕业设计 基于物联网技术的温室大棚控制系统设计刘娟（德州学院物理系，山东德州253023）摘 要 基于于物联网技术术的温室大棚棚控制系统以以AT89S52单片机为为核心，采用用加热炉和风风机、喷灌和和渗灌、荧光光灯，分别为为温室大棚进进行加热、增增加二氧化碳碳浓度、增加加空气湿度、灌灌溉、人工补补光；使用SSHT10数数字式温湿度度传感器、FFDS-1000型土壤水水分传感器、SH-300-DH二氧化碳传感器和TSL2561光强传感器，将采集的大棚内的数据信息在液晶1602上显示出来，并通过无线通信模块nRF905将信号传到从机。主机完成各
2、项数值预制和报警电路模块功能，从机完成采集数值的显示及加热炉和风机、喷灌和渗灌和荧光灯的控制功能。本文设计的温室大棚控制系统，能够实时采集控制温室内的空气温湿度、土壤湿度、光照强度、二氧化碳浓度等环境参数，以直观的数据显示给用户，并可以根据种植作物的需求提供报警信息。关键词 AT889S52；传感器；nRRF9051 绪论 随着通通信技术的飞飞速发展，人人们已经不再再满足于人一一与人之间的的通信方式以以及需要人参参与交互的通通信方式，一一种更加智能能、更加便捷捷的通信方式式为人们所期期待。物联网网-一种种物体、机器器间不需要人人的参与即可可完成信息交交互的通信方方式(Intternett of
3、 tthingss)便应运而而生1。简单单的说，物联联网是物物相相连的网络，在在整个信息采采集、传递、计计算的过程中中无需人的参参与交互。物联网是基于传传感器技术的的新型网络技技术，在现代代农业中，大大量的传感器器节点构成了了一张张功能能各异的监控控网络，通过过各种传感器器采集与作物物生产有关的的各种生产信信息和环境参参数，可以帮帮助农民及时时发现问题，准准确地捕捉发发生问题的位位置，对耕作作、播种、施施肥、灌溉等等田间作业进进行数字化控控制，使农业业投入品的资资源利用精准准化、效率最最大化2。无线传感网络由由部署在监测测区域内大量量的微型传感感器节点通过过无线通信形形成的一个多多跳自组织的的
4、网络，其主主要目的是采采集与处理该该网络覆盖范范围内监测参参数的信息3。无线线传感网络在在农业中的一一个重要应用用是在温室等等农业设施中中，采用不同同的传感器和和执行机构对对土壤水分，空空气温湿度和和光照强度，二二氧化碳浓度度等影响作物物生长的环境境信息进行实实时监测，系系统根据监测测到的数据将将室内水、肥肥、气、光、热热等植物生长长所必需的条条件控制到最最佳状态，保保证作物的增增产增收。 根据现现代农业科学学技术的研究究结果表明，建建立温室可以以建立适合植植物生长的生生态环境，实实现作物的高高产、高效。在在农业现代化化的进程中，从从作物播种、生生长，到收获获、加工及检检测分析整个个过程中都离
5、离不开传感器器的应用，几几乎覆盖了农农业工程的全全部范围，有有力地支撑了了智能农业的的技术体系。基基于以上认识识，本论文设设计出一种基基于物联网技技术的温室大大棚控制系统统。2 系统方案与与论证 为了能能够设计出一一种成本低廉廉，精确度较较高，连接简简单的温室大大棚控制系统统，本设计给给出了三种方方案。2.1 方案论论述 方案一一：本温室大棚控控制系统以AAT89S552单片机为为核心，采用加热炉炉和风机、喷喷灌和渗灌和和荧光灯，分别为温室室大棚进行加加热、增加空空气湿度、灌灌溉、增加二二氧化碳浓度度、人工补光光；采用SHTT10数字式式温湿度传感感器、FDS-1000型土壤水水分传感器、SS
6、H-3000-DH二氧氧化碳传感器器和TSL25561光强传传感器分别检检测温室大棚棚的空气温湿湿度、土壤湿湿度、二氧化化碳浓度、光光照度。数据据采集部分使使用AT899S52单片片机，将随被被测各项数据据变化的电压压或电流采集集过来，进行行数据的处理理，在显示电电路上，将被被测各项数据据显示出来。主主机将采集到到数值在液晶16602上显示示出来，并通通过无线通信模块nRRF905将将信号传到从从机。此外，主主机完成各项项数值预制和和报警电路模模块功能，从从机完成采集集数值的显示及加热炉炉和风机、喷喷灌和渗灌和和荧光灯的控控制功能。系统的的总体结构框框图，如图2.1所示。从机AT89S52 无
7、线通信模块主机AT89S52空气温湿度传感器加热系统信号放大电路土壤水分传感器通风系统LCD显示系统二氧化碳传感器渗灌系统补光系统光强传感器报警系统上位机MAX485 图22.1 系统框图方案二：本温室室大棚控制系系统采用MSSP430为为主控制器用用来总体协调调控制整个系系统，对内部部A/D采集集的数据进行行处理，与内内部设定的数数据库比较，根根据设定的各各参数发出指指令控制采光光、照明、二二氧化碳添加加、喷淋子系系统，来改变变大棚内部的的环境，利用用MSP4330来驱动液液晶屏，实时时地显示大棚棚内外的各环环境参数。本本系统采用两两块 TMPP275 温温度传感器，来来采集大棚内内外的温度
8、值值。湿度和光光强利用 MMSP4300内部A/DD 通过 PP6.0PP6.3 的的4个端口进进行多通道序序列采集。采采用TGS44160固态态电化学型二二氧化碳传感感器检测温室室大棚中二氧氧化碳的浓度度。系统的体体系结构见图图2.2。MSP430主控制器液晶屏动态显示温度传感器风扇湿度传感器喷淋子系统二氧化碳传感器采光子系统照明子系统光敏传感器二氧化碳添加子系统键盘输入 图2.2 系统统框图方案三：本温室室大棚控制系系统的核心采采用AT899C51单片片机；温度传传感器采用改改进型智能传传感器DS118B20；智能湿度传传感器采用SSHT11；光照度传感感器采用GZZD-01型型光照度感应
9、应探头；COO2传感器选选用红外线气气敏传感器。AA/D转换模模块采用逐次次渐近型8路路A/D转换换器ADC00809，利利用AT899C51单片片机的串行II/O口，采采用了专用电电平转换芯片片MAX2332，把TTTL电平转换换成RS2332电平，将将数据传给上上位机( PPC机)，进进行数据的存存储。采用液液晶显示器(LCD)进进行实时显示示，系统框图图如图2.33所示。LCD显示温度传感器AT89C51单片机二氧化碳传感器键盘电路TC35i模块数据存储光照传感器A/D变换湿度传感器 图2.3 系统统框图2.2 方案比比较方案一使用的控控制器为ATT89S522单片机，方方案二使用的的控
10、制器为MMSP4300单片机，方方案三使用的的控制器为AAT89C551单片机，没没有数据存储储功能。与方方案二和方案案三的单片机机相比较，AAT89S552单片机功功耗低，性能能高而且成本本不高，并且且完全能够满满足本方案的的需求。方案一使用SHHT10数字字式温湿度传传感器来检测测温室大棚中中空气的温湿湿度，方案二二选择两块TTMP2755温度传感器器，来采集大大棚内外的温温度值，方案案三选择温度度传感器DSS18B200采集大棚内内的温度。与与方案二和方方案三的温度度传感器相比比SHT100数字式温湿湿度传感器不不需外围元件件，直接输出出经过标定了了的相对湿度度、温度的数数字信号，无无需
11、经过ADD转换，连接接简单，可以以有效地解决决传统温、湿湿度传感器的的不足。方案一使用FDDS-1000型土壤水分分传感器检测测土壤中水分分的含量，方方案二的湿度度和光强利用用MSP4330内部A/D通过P66.0P66.3的4个个端口进行多多通道序列采采集，方案三三湿度传感器器SHT111测量湿度。与与方案二和方方案三相比较较，方案一的的FDS-1100型土壤水水分传感器是是专业检测土土壤水分的传传感器，检测测精度高，能能直接稳定地地反应各种土土壤的真实水水分含量，密密封性好，可可长期埋入土土壤中使用，且且不受腐蚀。方案一使用SHH-300-DH二氧化化碳传感器检检测温室大棚棚中二氧化碳碳的
12、含量，方方案二使用TTGS41660固态电化化学型二氧化化碳传感器检检测温室大棚棚中二氧化碳碳的浓度，但但TGS41160的预热热时间较长，一一般约为2小时，方案案三选用红外外线气敏传感感器检测二氧氧化碳浓度。与与方案二和方方案三相比较较，SH-3300-DHH二氧化碳传传感器具有对对二氧化碳灵灵敏度高、受受温湿度环境境影响小、稳稳定性好、使使用方便、成成本低等特点点。方案一使用TSSL25611光强传感器器变送器检测测温室大棚内内的光强照度度，方案二的的湿度和光强强利用 MSSP430内内部A/D通通过P6.00P6.33的4个端口口进行多通道道序列采集，方方案三使用GGZD-011型光照度
13、感感应探头。与与方案二与方方案三相比较较，方案一的的TSL25561光强传传感器采用先先进的电路模模块技术开发发变送器，体体积小、安装装方便、线性性度好、传输输距离长、抗抗干扰能力强强。综上所述，根据据对三种方案案的比较以及及对设计的温温室大棚控制制系统成本低低廉，精确度度较高，连接接简单的要求求，选择方案案一来设计本本温室大棚控控制系统。3 系统硬件设设计温室大棚控制系系统硬件部分分主要由控制制器模块，电电源电路模块块，空气温湿湿度测量电路路模块，土壤壤湿度测量电电路模块，光光强测量电路路模块、二氧氧化碳浓度测测量电路模块块，显示电路路模块，报警警电路模块、通通信电路模块块、控制电路路模块组
14、成。3.1 控制器器模块本设计的控制器器模块选用AAT89S552，它是一一种低功耗、高高性能CMOOS 8位微微控制器，具具有8K在系系统可编程FFlash存存储器。使用用Atmell公司高密度度非易失性存存储器技术制制造，与工业业80C511产品指令和和引脚完全兼兼容。片上FFlash允允许程序存储储器在系统可可编程，亦适适于常规编程程器。在单芯芯片上，拥有有灵巧的8 位CPU 和在系统可可编程Flaash，使得得AT89SS52在众多多嵌入式控制制应用系统中中得到广泛应应用。 (1) 标准功能：8K字节Flaash，256字节节RAM，32位I/O口线，看看门狗定时器器，2个数据据指针，
15、三个个16位定时时器/计数器器，一个6向向量2级中断断结构，全双双工串行口，片片内晶振及时时钟电路44。另外，AAT89S552可降至00Hz静态逻逻辑操作，支支持2种软件件可选择节电电模式。空闲闲模式下，CCPU停止工工作，允许RRAM、定时时器/计数器器、串口中断断继续工作。掉掉电保护方式式下，RAM内容容被保存，振荡器被冻冻结，单片机一切切工作停止，直到下一个个中断或硬件件复位为止。 (2) 在外部结构构上，AT89SS52单片机机和MCS-51系列单单片机的结构构相同，有三三种封装形式式，分别是PPDIP形式式，为40针针脚； PLLCC形式，为为44针脚；TAFP形形式，也为444针脚55。其中，常常用的为PDDIP形式，如如图3.1所示。图3.1 AAT89S552的引脚图图3.2 空气温温湿度测量电电路模块 本设计计选择SHTT10数字式式温湿度传感感
