有機蔬菜大棚數據監(jiān)測系統設計.pdf

本欄目責任編輯 梁 書 計算機工程應用技術 C o m p u t e r K n o w l e d g e a n d T e c h n o l o g y 電腦知識 與技術 第 16 卷第 4 期 2020 年 2 月 第 16 卷第 4 期 2020 年 2 月 有機蔬菜大棚數據監(jiān)測系統設計 彭琛 唐斌 湖南文理學院 計算機與電氣工程學院 湖南 常德 415000 摘 要 采 用 大 棚 對 蔬 菜 栽 培 可 以 提 高 農 作 物 生 長 條 件 增 產 反 季 節(jié) 作 物 的 供 應 增 加 農 產 品 價 格 擴 大 種 植 戶 收 益 但 農 作 物 的 生 長 過 程 中 其 生 長 和 產 量 均 受 到 濕 度 溫 度 光 照 強 度 CO 2 濃 度 等 多 種 因 素 影 響 因 此 把 握 好 對 農 作 物 生 長 環(huán) 境 因 素的監(jiān)測十分重要 關鍵詞 STC 89C 52 RC 傳感器 有機蔬菜 中圖分類號 TP 311 文獻標識碼 A 文章編號 1009 3044 2020 04 0 226 02 開放科學 資源服務 標識碼 OSID Design of Data Monitoring System for Organic Vegetable Greenhouse PENG Chen TANG Bin College of Computer and Electrical Engineering Hunan University of Arts and Sciences Changde 415000 China Abstract Greenhouse cultivation can improve the temperature produce anti seasonal crop supply market increase the price of agricul tural products increase the income of growers but in the process of crop growth its growth and yield are affected by humidity tempera ture light intensity CO 2 concentration and other factors so it is very important to grasp the monitoring of the bad condition factors of crop growth Key words STC 89 C 52RC Sensor Organic Vegetables 新 世 紀 以 來 我 國 的 農 業(yè) 快 速 發(fā) 展 人 們 對 蔬 菜 的 需 求 增 加 在 這 種 環(huán) 境 下 溫 室 大 棚 的 產 業(yè) 規(guī) 模 不 斷 地 擴 大 產 業(yè) 結 構 不 斷 地 調 整 產 業(yè) 形 勢 不 斷 的 現 代 化 從 而 有 機 蔬 菜 的 種 植 不 斷 擴 大 對 此 大 棚 內 的 環(huán) 境 因 素 監(jiān) 測 工 作 也 變 得 格 外 重 要 關 于 我 國 有 地 區(qū) 監(jiān) 測 系 統 的 推 廣 還 沒 完 全 到 位 普 及 率 低 有 的 系 統 對 多 個 大 棚 監(jiān) 測 管 理 能 力 尚 有 不 足 為 了 解 決 以 上 幾 點 不 足 下 面 設 計 了 一 套 由 單 片 機 以 及 傳 感 器 構 成 的 下 位 機 單 元 實 現 對 溫 濕 度 CO 2 濃 度 光 照 強 度 PM 2 5 的 自 動 檢 測 以 及 實 時 顯 示 為 了 提 高 農 作 物 產 值 需 要 人 為 地 監(jiān) 控 棚 內 的 氣 象 數 據 以 便 評 估 氣 象 信 息 對 農 業(yè) 生 產 的 危 害 程 度 提 高 應 對 突 發(fā) 天 氣 狀 況 的 能 力 1 本 文 采 用 單 片 機 作 為 控 制 核 心 通 過 溫 濕 度 傳 感 器 光 照 強 度 傳 感 器 土 壤 濕 度 感 器 采 集 相 應 的 溫 室 大棚的溫度 濕度以及光照度等參數 2 1 系統總體設計 溫 室 大 棚 環(huán) 境 監(jiān) 測 系 統 由 DH 11 溫 濕 度 傳 感 器 PM 2 5 檢 測 模 塊 光 照 傳 感 器 模 塊 CO 2 傳 感 器 模 塊 來 完 成 對 環(huán) 境 因 子 的 數據采 集 LCD 1602 液晶屏 完成對 數據顯 示 本裝置 還有蜂 鳴器 報 警 裝 置 以 及 電 源 電 路 所 采 集 的 數 據 直 接 交 由 處 理 器 STC 89C 52RC 單片機處理 系統總體框圖如圖 1 所示 圖 1 系統總體設計框架流程圖 2 系統硬件 設計 2 1 主控制器 模塊介紹 STC 89 C 52RC 是 一 種 功 耗 低 性 能 高 的 微 型 控 制 器 和 普 通 89C 52 相 比 是 其 后 多 了 后 綴 RC 帶 有 RC 字 樣 的 單 片 機 表 示 它 自 帶 RC 時 鐘 振 蕩 電 路 可 以 不 用 外 加 時 鐘 振 蕩 電 路 89C 52RC 支 持 STC 的 2 線 制 下 載 方 式 程 序 讀 取 寫 入 更 加 快 捷 支 持 6T 模 式 I O 數 量 更 多 等 優(yōu) 點 使 得 STC 89 C 52 RC 成 了 目 前 眾多小型嵌入式系統的解決辦法 收稿日期 2019 11 21 基 金 項 目 2019 年 常 德 市 科 技 創(chuàng) 新 計 劃 項 目 湖 南 省 大 學 生 研 究 性 學 習 和 創(chuàng) 新 性 實 驗 計 劃 項 目 湘 教 通 2019 219 號 2048 湖 南 省 2019 年教改項目 湘教通 2019 291 號 684 作者簡介 彭琛 1982 女 湖南常德人 湖南文理學院 講師 碩士 物聯網技術及應用 智慧農業(yè) E mail kfyj dnzs net cn http www dnzs net cn Tel 86 551 65690963 65690964 ISSN 1009 3044 C o m p u t e r K n o w l e d g e a n d T e c h n o l o g y 電腦知識與技術 Vol 16 No 4 February 2020 226 計算機工程應用技術 本欄目責任編輯 梁 書 C o m p u t e r K n o w l e d g e a n d T e c h n o l o g y 電腦知識與技術 第 16 卷第 4 期 2020 年 2 月 第 16 卷第 4 期 2020 年 2 月 2 2 傳感器模塊介紹 PM 2 5 傳 感 器 硬 件 電 路 PM 2 5 傳 感 器 原 理 是 根 據 光 的 散 射 原 理 來 開 發(fā) 的 當 光 照 射 物 質 的 微 粒 和 分 子 時 會 產 生 光 的 散 射 現 象 此 時 物 質 會 吸 收 部 分 光 的 能 量 PM 2 5 傳 感 器 的 TXD 和 RXD 分 別 接 到 STC 89C 52 RC 芯 片 上 的 RXD 和 TXD 再 接 上 5V 電源和地 3 電路接法如圖 2 所示 圖 2 PM 2 5 傳感器驅動電路 DHT 11 溫 濕 度 傳 感 器 是 單 總 線 單 工 通 訊 4 一 次 性 傳 送 40 位 數 據 前 16 位 是 與 濕 度 相 關 的 數 據 中 間 16 位 是 與 溫 度 相 關 的 最后八位是用來校驗的 DHT 11 的測量電路如圖 3 所示 DHT 11 的 通 信 步 驟 如 下 首 先 主 機 先 發(fā) 送 開 始 的 信 號 當 從 機 收 到 信 號 后 會 返 回 一 個 應 答 信 號 主 機 的 信 號 線 會 拉 高 做完準備工作后開始接收數據 圖 3 DHT 11 原理圖 MG 811 型 CO 2 傳 感 器 對 CO 2 的 檢 測 有 較 高 的 精 準 度 在 不 同 溫 度 環(huán) 境 下 工 作 性 能 穩(wěn) 定 其 受 溫 濕 度 的 影 響 較 小 工 作 原 理 當 CO 2 氣體進入傳感器置中 會發(fā)生以下電極反應 1 負極反應 2li CO 2 1 2 O 2 LiCO 3 2 正極反應 2Na 1 2O 2 2 e Na 2 O 3 總反應 LiCO 3 2Na Na 2 O 2Li CO 2 當 CO 2 濃 度 不 同 時 會 產 生 不 同 大 小 的 電 勢 其 通 過 I 2C 協 議對數據進行輸入和輸出 數 字 型 BH 1750 光 強 傳 感 器 不 區(qū) 分 光 源 支 持 I 2CBUS 接 口 可 以 根 據 系 統 所 收 集 的 光 線 強 度 用 來 調 亮 度 利 用 它 的 高 分 辨 率 可 以 探 測 較 大 范 圍 的 光 強 度 變 化 其 優(yōu) 點 有 支 持 1 8v 邏 輯 輸 入 接 口 不 需 要 其 他 外 部 件 對 光 源 依 賴 性 弱 誤 差 變 動 小 受 紅 外 線 影 響 小 等 其 高 分 辨 率 可 以 探 測 較 大 范 圍 的 光 強 度 變 化 量 程 達 到 了 1 655351 可 對 廣 泛 亮 度 進 行 11 的 高精度測定 5 LCD 1602 液 晶 顯 示 器 是 種 較 為 廣 泛 的 顯 示 裝 置 優(yōu) 點 有 功 耗 低 輻 射 小 其 組 成 主 要 是 由 液 晶 顯 示 屏 LCD 控 制 驅 動 主 電 路 HD 44780 及 其 擴 展 驅 動 電 路 HD 44100 在 PCB 板 上 而 組 成 的 6 液 晶 顯 示 的 原 理 是 對 要 顯 示 的 區(qū) 域 使 用 電 壓 控 制 通 過 電 壓 大 小 來 控 制 明 暗 不 同 本 實 驗 采 用 LCD 1602 進 行 數 據 顯 示 將溫度濕度采集模塊所采集的數據進行顯示 有 關 實 物 整 體 設 計 原 理 圖 主 要 包 括 蜂 鳴 器 電 路 溫 濕 度 傳 感 器 LCD 1602 液 晶 顯 示 屏 以 x 及 電 源 電 路 如 圖 4 所 示 溫 度顯示實物圖 如圖 5 所示 圖 5 實物溫度圖 3 系統軟件設計 軟 件 是 采 用 C 語 言 開 發(fā) 其 主 程 序 流 程 圖 如 圖 所 示 系 統 軟 件 設 計 包 括 初 始 化 CO 2 濃 度 檢 測 LCD 1602 顯 示 模 塊 溫 濕 度檢測 光照檢測 PM 2 5 檢測 本系統通 過各類傳 感器的數 據 采集 這些數 據經單 片機處 理后發(fā) 送到 LCD 1602 液晶屏 上顯示 收 集 的 數 據 如 果 收 集 的 參 數 沒 有 在 規(guī) 定 范 圍 內 則 執(zhí) 行 系 統 就會丟棄這次數據采集 大致軟件流程圖如圖 6 圖 6 軟件流程圖 4 結束語 本 系 運 用 STC 89 C 52RC 單 片 機 技 術 其 主 要 功能是檢 測影響大 棚農作物 的環(huán)境因 素溫度 光 強 CO 2 濃 度 等 并 且 第 一 時 間 實 時 顯 示 可 控 大 棚 管 理 人 員 了 解 大 棚 當 前 情 況 和 對 以 后 蔬 菜 的 生 長 做 好 預 估 性 打 算 極 大 地 提 高 農 作 物 生 長 管 理效率并 節(jié)約人力 財力資源 浪費 本系統僅 對如 何采集大 棚數據這 一普遍的 需求進行 表述 如何 控制環(huán)境因素的變化有待進一步說明 參考文獻 1 禹 利 華 ABB ACS 800 變 頻 器 在 低 壓 變 頻 電 機 和永磁風 力發(fā)電機 試驗臺上 的應用 J 中國新 技術新產品 2016 4 15 下轉第 230 頁 圖 4 主要部分原理圖 227 本欄目責任編輯 梁 書 計算機工程應用技術 C o m p u t e r K n o w l e d g e a n d T e c h n o l o g y 電腦知識 與技術 第 16 卷第 4 期 2020 年 2 月 第 16 卷第 4 期 2020 年 2 月 圖 5 執(zhí)行電路 2 系統軟件設計 本 設 計 確 定 60 分 鐘 啟 動 一 次 程 序 全 天 候 監(jiān) 控 記 錄 該 系 統 由 測 量 數 據 處 理 中 央 處 理 器 和 執(zhí) 行 輸 出 3 個 模 塊 組 成 具體流程如圖 6 所示 圖 6 軟件系統設計流程 2 1 測量和數據處理模塊 首 先 A D 轉 換 器 進 行 初 始 化 將 單 片 機 的 P 2 0 P 2 1 P 2 2 口 置 1 然 后 進 行 模 數 轉 換 為 了 使 轉 換 在 一 個 周 期 內 順 利 完 成 這 里 用 軟 件 實 現 時 鐘 控 制 這 樣 就 不 會 出 現 由 于 硬 件 不 同 步 而 出 現 誤 讀 現 象 三 種 信 號 并 行 讀 取 一 周 期 內 完 成 在 讀 取 數 據 時 要 有 一 定 的 時 間 延 遲 本 設 計 為 10 s 以 確 保 讀 取 正確的數據 2 2 中央處理器模塊和執(zhí)行輸出模塊 這 個 模 塊 主 要 包 括 單 片 機 對 A D 轉 換 模 塊 的 控 制 和 對 數 據 處 理 單 片 機 對 A D 的 模 擬 清 零 通 道 選 取 地 址 寫 入 和 控 制 模 數 轉 換 步 驟 再 將 讀 取 值 與 預 先 設 定 的 標 準 值 進 行 比 較 讀 取值超出規(guī)定值時發(fā)出相關的執(zhí)行指令 6 3 結束語 農 作 物 生 長 信 息 采 集 管 理 系 統 采 用 模 塊 化 設 計 思 路 可 以 很 方 便 地 對 系 統 進 行 拆 分 單 獨 對 每 個 信 息 量 進 行 管 理 也 可 以 對 設 計 進 行 擴 展 增 加 測 控 量 設 計 電 路 簡 單 實 用 采 用 常 用 的 芯 片 成 本 低 執(zhí) 行 采 用 繼 電 器 開 關 可 以 控 制 各 種 樣 式 的 電 氣 設 備 運 行 穩(wěn) 定 可 靠 系 統 參 數 方 便 修 改 測 量 范 圍 寬 精 確度高 參考文獻 1 孫 余 凱 吳 鳴 山 項 綺 明 傳 感 器 應 用 電 路 300 例 M 北 京 電 子工業(yè)出版社 2008 76 77 2 何 道 清 傳 感 器 與 傳 感 器 技 術 M 北 京 科 學 出 版 社 2006 214 229 3 高 曉 蓉 傳 感 器 技 術 M 成 都 西 南 交 通 大 學 出 版 社 2003 136 146 4 朱 宇 光 單 片 機 應 用 新 技 術 教 程 M 北 京 電 子 工 業(yè) 出 版 社 2000 28 123 5 姜 武 中 單 片 機 原 理 與 接 口 技 術 M 北 京 大 連 理 工 大 學 出 版社 2002 203 219 6 趙 秀 珍 單 永 磊 單 片 微 型 計 算 機 原 理 及 應 用 M 北 京 中 國 水利水電出版社 2001 156 159 通聯編輯 梁書 上接第 227 頁 2 王 冬 梅 基 于 單 片 機 的 溫 室 大 棚 智 能 監(jiān) 控 系 統 設 計 J 內 燃 機與配件 2017 6 6 8 3 史 堅 青 ABB 中 壓 變 頻 器 在 煤 礦 主 斜 井 皮 帶 機 上 的 應 用 J 機械管理開發(fā) 2016 31 8 102 103 126 4 張 文 樂 楊 晶 晶 鐘 林 強 基 于 STM 32 溫 室 大 棚 氣 象 數 據 采 集 器的設計 J 機電工程技術 2019 48 1 69 71 151 5 韓 力 英 楊 宜 菩 王 楊 等 基 于 單 片 機 的 溫 室 大 棚 智 能 監(jiān) 控 系 統設計 J 中國農機化學報 2016 37 1 65 68 72 6 漳州宏達信息技術服務中心 89 S52 的 LCD 1602 程序設計 S 通聯編輯 梁書 230