《基于物联网技术的温室大棚控制系统设计电科样本.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于物联网技术的温室大棚控制系统设计电科样本.doc（69页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 基于物联网技术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 基于物联网技术温室大棚控制系统以AT89S52单片机为核心，采用加热炉和风机、喷灌和渗灌、荧光灯，分别为温室大棚进行加热、增长二氧化碳浓度、增长空气湿度、灌溉、人工补光；使用SHT10数字式温湿度传感器、FDS-100型土壤水分传感器、SH-300-DH二氧化碳传感器和TSL2561光强传感器，将采集大棚内数据信息在液晶1602上显示出来，并通过无线通信模块nRF905将信号传到从机。主机完毕各项数值预制和报警电路模块功能，从机完毕采集数值显示及加热炉和风机、喷灌和渗灌和荧光灯控制功能。本文设计温室大棚控制
2、系统，可以实时采集控制温室内空气温湿度、土壤湿度、光照强度、二氧化碳浓度等环境参数，以直观数据显示给顾客，并可以依照种植作物需求提供报警信息。核心词 AT89S52；传感器；nRF9051 绪论 随着通信技术飞速发展，人们已经不再满足于人一与人之间通信方式以及需要人参加交互通信方式，一种更加智能、更加便捷通信方式为人们所期待。物联网-一种物体、机器间不需要人参加即可完毕信息交互通信方式(Internet of things)便应运而生1。简朴说，物联网是物物相连网络，在整个信息采集、传递、计算过程中无需人参加交互。物联网是基于传感器技术新型网络技术，在当代农业中，大量传感器节点构成了一张张功能
3、各异监控网络，通过各种传感器采集与作物生产关于各种生产信息和环境参数，可以协助农民及时发现问题，精确地捕获发生问题位置，对耕作、播种、施肥、灌溉等田间作业进行数字化控制，使农业投入品资源运用精准化、效率最大化2。无线传感网络由布置在监测区域内大量微型传感器节点通过无线通信形成一种多跳自组织网络，其重要目是采集与解决该网络覆盖范畴内监测参数信息3。无线传感网络在农业中一种重要应用是在温室等农业设施中，采用不同传感器和执行机构对土壤水分，空气温湿度和光照强度，二氧化碳浓度等影响作物生长环境信息进行实时监测，系统依照监测到数据将室内水、肥、气、光、热等植物生长所必须条件控制到最佳状态，保证作物增产增
4、收。 依照当代农业科学技术研究成果表白，建立温室可以建立适合植物生长生态环境，实现作物高产、高效。在农业当代化进程中，从作物播种、生长，到收获、加工及检测分析整个过程中都离不开传感器应用，几乎覆盖了农业工程所有范畴，有力地支撑了智能农业技术体系。基于以上结识，本论文设计出一种基于物联网技术温室大棚控制系统。2 系统方案与论证 为了可以设计出一种成本低廉，精准度较高，连接简朴温室大棚控制系统，本设计给出了三种方案。2.1 方案阐述 方案一：本温室大棚控制系统以AT89S52单片机为核心，采用加热炉和风机、喷灌和渗灌和荧光灯，分别为温室大棚进行加热、增长空气湿度、灌溉、增长二氧化碳浓度、人工补光；
5、采用SHT10数字式温湿度传感器、FDS-100型土壤水分传感器、SH-300-DH二氧化碳传感器和TSL2561光强传感器分别检测温室大棚空气温湿度、土壤湿度、二氧化碳浓度、光照度。数据采集某些使用AT89S52单片机，将随被测各项数据变化电压或电流采集过来，进行数据解决，在显示电路上，将被测各项数据显示出来。主机将采集到数值在液晶1602上显示出来，并通过无线通信模块nRF905将信号传到从机。此外，主机完毕各项数值预制和报警电路模块功能，从机完毕采集数值显示及加热炉和风机、喷灌和渗灌和荧光灯控制功能。系统总体构造框图，如图2.1所示。从机AT89S52 无线通信模块主机AT89S52空气
6、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2.1 系统框图方案二：本温室大棚控制系统采用MSP430为主控制器用来总体协调控制整个系统，对内部A/D采集数据进行解决，与内部设定数据库比较，依照设定各参数发出指令控制采光、照明、二氧化碳添加、喷淋子系统，来变化大棚内部环境，运用MSP430来驱动液晶屏，实时地显示大棚内外各环境参数。本系统采用两块 TMP275 温度传感器，来采集大棚内外温度值。湿度和光强运用 MSP430内部A/D 通过 P6.0P6.3 4个端口进行多通道序列采集。采用TGS416
7、0固态电化学型二氧化碳传感器检测温室大棚中二氧化碳浓度。系统体系构造见图2.2。MSP430主控制器液晶屏动态显示温度传感器电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 系统框图方案三：本温室大棚控制系统核心采用AT89C51单片机；温度传感器采用改进型智能传感器DS18B20；智能湿度传感器采用SHT11；光照度传感器采用GZD-01型光照度感应探头；CO2传感器选用红外线气敏传感器。A/D转换模块采用逐次渐近型8路A/D转换器ADC0809，运用AT89C51单片机串行I/O口，采用了专用电平转换芯片MAX232，把TTL电平转换
8、成RS232电平，将数据传给上位机( PC机)，进行数据存储。采用液晶显示屏(LCD)进行实时显示，系统框图如图2.3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 系统框图2.2 方案比较方案一使用控制器为AT89S52单片机，方案二使用控制器为MSP430单片机，方案三使用控制器为AT89C51单片机，没有数据存储功能。与方案二和方案三单片机相比较，AT89S52单片机功耗低，性能高并且成本不高，并且完全可以满足本方案需求。方案一使用SHT10数字式温湿度传感器来检测温室大棚中空气温湿度，方案二选取两块TM
9、P275温度传感器，来采集大棚内外温度值，方案三选取温度传感器DS18B20采集大棚内温度。与方案二和方案三温度传感器相比SHT10数字式温湿度传感器不需外围元件，直接输出通过标定了相对湿度、温度数字信号，无需通过AD转换，连接简朴，可以有效地解决老式温、湿度传感器局限性。方案一使用FDS-100型土壤水分传感器检测土壤中水分含量，方案二湿度和光强运用MSP430内部A/D通过P6.0P6.34个端口进行多通道序列采集，方案三湿度传感器SHT11测量湿度。与方案二和方案三相比较，方案一FDS-100型土壤水分传感器是专业检测土壤水分传感器，检测精度高，能直接稳定地反映各种土壤真实水分含量，密封
10、性好，可长期埋入土壤中使用，且不受腐蚀。方案一使用SH-300-DH二氧化碳传感器检测温室大棚中二氧化碳含量，方案二使用TGS4160固态电化学型二氧化碳传感器检测温室大棚中二氧化碳浓度，但TGS4160预热时间较长，普通约为2小时，方案三选用红外线气敏传感器检测二氧化碳浓度。与方案二和方案三相比较，SH-300-DH二氧化碳传感器具备对二氧化碳敏捷度高、受温湿度环境影响小、稳定性好、使用以便、成本低等特点。方案一使用TSL2561光强传感器变送器检测温室大棚内光强照度，方案二湿度和光强运用 MSP430内部A/D通过P6.0P6.34个端口进行多通道序列采集，方案三使用GZD-01型光照度感
11、应探头。与方案二与方案三相比较，方案一TSL2561光强传感器采用先进电路模块技术开发变送器，体积小、安装以便、线性度好、传播距离长、抗干扰能力强。综上所述，依照对三种方案比较以及对设计温室大棚控制系统成本低廉，精准度较高，连接简朴规定，选取方案一来设计本温室大棚控制系统。3 系统硬件设计温室大棚控制系统硬件某些重要由控制器模块，电源电路模块，空气温湿度测量电路模块，土壤湿度测量电路模块，光强测量电路模块、二氧化碳浓度测量电路模块，显示电路模块，报警电路模块、通信电路模块、控制电路模块构成。3.1 控制器模块本设计控制器模块选用AT89S52，它是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具备
12、8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash容许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有机灵8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。 (1) 原则功能：8K字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定期器，2个数据指针，三个16位定期器/计数器，一种6向量2级中断构造，全双工串行口，片内晶振及时钟电路4。此外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选取节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，容许RA
13、M、定期器/计数器、串口中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一种中断或硬件复位为止。 (2) 在外部构造上，AT89S52单片机和MCS-51系列单片机构造相似，有三种封装形式，分别是PDIP形式，为40针脚； PLCC形式，为44针脚；TAFP形式，也为44针脚5。其中，惯用为PDIP形式，如图3.1所示。图3.1 AT89S52引脚图3.2 空气温湿度测量电路模块 本设计选取SHT10数字式温湿度传感器来检测温室大棚中空气温湿度。SHT10数字式温湿度传感器是由Sensirion公司推出一种可以同步测量湿度、温度传感器，不需外围元件直接输
14、出通过标定了相对湿度、温度数字信号，可以有效地解决老式温、湿度传感器局限性。其特点：温湿度传感器、信号放大、A/D转换、I2C总线接口所有集成于一种芯片上(CMOSens技术)；全校准相对湿度及温度值输出；具备露点值计算输出功能；免外围元件；卓越长期稳定性；测量精度高，湿度精度为3. 5，温度精度为0. 5(在20时)；可靠CRC数据传播校验功能；片内装载校准系数，保证100%互换性；电源电压为2. 45. 5V6。引脚功能：1（GND）：接地；2（DATA）与3（SCK）：串行数字接口，其中DATA为数据线；4（VDD）：接电源。 如图3.2所示，SHT10数字式温湿度传感器来检测温室大棚中
15、空气温湿度，并将检测到信号传送给单片机P0口，让单片机解决。图3.2 SHT10数字式温湿度传感器连接电路图3.3 土壤湿度测量电路模块本设计选取FDS-100型土壤水分传感器检测土壤中水分含量。FDS-100型土壤水分传感器引脚功能7如下： 红线（VDD）：5-12 V电源输入 黄线(V-OUT)：电压输出01.875V DC 黑线(GND)：地线 功能及特点：(1) 本传感器体积小巧化设计，携带以便，安装、操作及维护简朴。(2) 构造设计合理，不绣钢探针保证使用寿命。(3) 外部以环氧树脂纯胶体封装，密封性好，可直接埋入土壤中使用，且不受腐蚀。(4) 土质影响较小，应用地区广泛。(5) 测量精度高，性能可靠，保证正常工作。(6) 响应速度快，数据传播效率高。 FDS-100型土壤水分传感器通过LM358经信号放大输
