有機(jī)蔬菜大棚數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

本欄目責(zé)任編輯 梁 書 計(jì)算機(jī)工程應(yīng)用技術(shù) 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(shù) 第 16 卷第 4 期 2020 年 2 月 第 16 卷第 4 期 2020 年 2 月 有機(jī)蔬菜大棚數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 彭琛 唐斌 湖南文理學(xué)院 計(jì)算機(jī)與電氣工程學(xué)院 湖南 常德 415000 摘 要 采 用 大 棚 對 蔬 菜 栽 培 可 以 提 高 農(nóng) 作 物 生 長 條 件 增 產(chǎn) 反 季 節(jié) 作 物 的 供 應(yīng) 增 加 農(nóng) 產(chǎn) 品 價(jià) 格 擴(kuò) 大 種 植 戶 收 益 但 農(nóng) 作 物 的 生 長 過 程 中 其 生 長 和 產(chǎn) 量 均 受 到 濕 度 溫 度 光 照 強(qiáng) 度 CO 2 濃 度 等 多 種 因 素 影 響 因 此 把 握 好 對 農(nóng) 作 物 生 長 環(huán) 境 因 素的監(jiān)測十分重要 關(guān)鍵詞 STC 89C 52 RC 傳感器 有機(jī)蔬菜 中圖分類號 TP 311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1009 3044 2020 04 0 226 02 開放科學(xué) 資源服務(wù) 標(biāo)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(jì) 以 來 我 國 的 農(nóng) 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(chǎn) 業(yè) 規(guī) 模 不 斷 地 擴(kuò) 大 產(chǎn) 業(yè) 結(jié) 構(gòu) 不 斷 地 調(diào) 整 產(chǎn) 業(yè) 形 勢 不 斷 的 現(xiàn) 代 化 從 而 有 機(jī) 蔬 菜 的 種 植 不 斷 擴(kuò) 大 對 此 大 棚 內(nèi) 的 環(huán) 境 因 素 監(jiān) 測 工 作 也 變 得 格 外 重 要 關(guān) 于 我 國 有 地 區(qū) 監(jiān) 測 系 統(tǒng) 的 推 廣 還 沒 完 全 到 位 普 及 率 低 有 的 系 統(tǒng) 對 多 個 大 棚 監(jiān) 測 管 理 能 力 尚 有 不 足 為 了 解 決 以 上 幾 點(diǎn) 不 足 下 面 設(shè) 計(jì) 了 一 套 由 單 片 機(jī) 以 及 傳 感 器 構(gòu) 成 的 下 位 機(jī) 單 元 實(shí) 現(xiàn) 對 溫 濕 度 CO 2 濃 度 光 照 強(qiáng) 度 PM 2 5 的 自 動 檢 測 以 及 實(shí) 時 顯 示 為 了 提 高 農(nóng) 作 物 產(chǎn) 值 需 要 人 為 地 監(jiān) 控 棚 內(nèi) 的 氣 象 數(shù) 據(jù) 以 便 評 估 氣 象 信 息 對 農(nóng) 業(yè) 生 產(chǎn) 的 危 害 程 度 提 高 應(yīng) 對 突 發(fā) 天 氣 狀 況 的 能 力 1 本 文 采 用 單 片 機(jī) 作 為 控 制 核 心 通 過 溫 濕 度 傳 感 器 光 照 強(qiáng) 度 傳 感 器 土 壤 濕 度 感 器 采 集 相 應(yīng) 的 溫 室 大棚的溫度 濕度以及光照度等參數(shù) 2 1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 溫 室 大 棚 環(huán) 境 監(jiān) 測 系 統(tǒng) 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(shù)據(jù)采 集 LCD 1602 液晶屏 完成對 數(shù)據(jù)顯 示 本裝置 還有蜂 鳴器 報(bào) 警 裝 置 以 及 電 源 電 路 所 采 集 的 數(shù) 據(jù) 直 接 交 由 處 理 器 STC 89C 52RC 單片機(jī)處理 系統(tǒng)總體框圖如圖 1 所示 圖 1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架流程圖 2 系統(tǒng)硬件 設(shè)計(jì) 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(jī) 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(shù) 量 更 多 等 優(yōu) 點(diǎn) 使 得 STC 89 C 52 RC 成 了 目 前 眾多小型嵌入式系統(tǒng)的解決辦法 收稿日期 2019 11 21 基 金 項(xiàng) 目 2019 年 常 德 市 科 技 創(chuàng) 新 計(jì) 劃 項(xiàng) 目 湖 南 省 大 學(xué) 生 研 究 性 學(xué) 習(xí) 和 創(chuàng) 新 性 實(shí) 驗(yàn) 計(jì) 劃 項(xiàng) 目 湘 教 通 2019 219 號 2048 湖 南 省 2019 年教改項(xiàng)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(xué)院 講師 碩士 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用 智慧農(nóng)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(shù) Vol 16 No 4 February 2020 226 計(jì)算機(jī)工程應(yīng)用技術(shù) 本欄目責(zé)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(shù) 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(jù) 光 的 散 射 原 理 來 開 發(fā) 的 當(dāng) 光 照 射 物 質(zhì) 的 微 粒 和 分 子 時 會 產(chǎn) 生 光 的 散 射 現(xiàn) 象 此 時 物 質(zhì) 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(qū)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(shù) 據(jù) 前 16 位 是 與 濕 度 相 關(guān) 的 數(shù) 據(jù) 中 間 16 位 是 與 溫 度 相 關(guān) 的 最后八位是用來校驗(yàn)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(jī) 先 發(fā) 送 開 始 的 信 號 當(dāng) 從 機(jī) 收 到 信 號 后 會 返 回 一 個 應(yīng) 答 信 號 主 機(jī) 的 信 號 線 會 拉 高 做完準(zhǔn)備工作后開始接收數(shù)據(jù) 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(zhǔn) 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(dāng) CO 2 氣體進(jìn)入傳感器置中 會發(fā)生以下電極反應(yīng) 1 負(fù)極反應(yīng) 2li CO 2 1 2 O 2 LiCO 3 2 正極反應(yīng) 2Na 1 2O 2 2 e Na 2 O 3 總反應(yīng) LiCO 3 2Na Na 2 O 2Li CO 2 當(dāng) CO 2 濃 度 不 同 時 會 產(chǎn) 生 不 同 大 小 的 電 勢 其 通 過 I 2C 協(xié) 議對數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入和輸出 數(shù) 字 型 BH 1750 光 強(qiáng) 傳 感 器 不 區(qū) 分 光 源 支 持 I 2CBUS 接 口 可 以 根 據(jù) 系 統(tǒng) 所 收 集 的 光 線 強(qiáng) 度 用 來 調(diào) 亮 度 利 用 它 的 高 分 辨 率 可 以 探 測 較 大 范 圍 的 光 強(qiáng) 度 變 化 其 優(yōu) 點(diǎn) 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(qiáng) 度 變 化 量 程 達(dá) 到 了 1 655351 可 對 廣 泛 亮 度 進(jìn) 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(diǎn) 有 功 耗 低 輻 射 小 其 組 成 主 要 是 由 液 晶 顯 示 屏 LCD 控 制 驅(qū) 動 主 電 路 HD 44780 及 其 擴(kuò) 展 驅(qū) 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(shí) 驗(yàn) 采 用 LCD 1602 進(jìn) 行 數(shù) 據(jù) 顯 示 將溫度濕度采集模塊所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示 有 關(guān) 實(shí) 物 整 體 設(shè) 計(jì) 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(shí)物圖 如圖 5 所示 圖 5 實(shí)物溫度圖 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟 件 是 采 用 C 語 言 開 發(fā) 其 主 程 序 流 程 圖 如 圖 所 示 系 統(tǒng) 軟 件 設(shè) 計(jì) 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(tǒng)通 過各類傳 感器的數(shù) 據(jù) 采集 這些數(shù) 據(jù)經(jīng)單 片機(jī)處 理后發(fā) 送到 LCD 1602 液晶屏 上顯示 收 集 的 數(shù) 據(jù) 如 果 收 集 的 參 數(shù) 沒 有 在 規(guī) 定 范 圍 內(nèi) 則 執(zhí) 行 系 統(tǒng) 就會丟棄這次數(shù)據(jù)采集 大致軟件流程圖如圖 6 圖 6 軟件流程圖 4 結(jié)束語 本 系 運(yùn) 用 STC 89 C 52RC 單 片 機(jī) 技 術(shù) 其 主 要 功能是檢 測影響大 棚農(nóng)作物 的環(huán)境因 素溫度 光 強(qiáng) CO 2 濃 度 等 并 且 第 一 時 間 實(shí) 時 顯 示 可 控 大 棚 管 理 人 員 了 解 大 棚 當(dāng) 前 情 況 和 對 以 后 蔬 菜 的 生 長 做 好 預(yù) 估 性 打 算 極 大 地 提 高 農(nóng) 作 物 生 長 管 理效率并 節(jié)約人力 財(cái)力資源 浪費(fèi) 本系統(tǒng)僅 對如 何采集大 棚數(shù)據(jù)這 一普遍的 需求進(jìn)行 表述 如何 控制環(huán)境因素的變化有待進(jìn)一步說明 參考文獻(xiàn) 1 禹 利 華 ABB ACS 800 變 頻 器 在 低 壓 變 頻 電 機(jī) 和永磁風(fēng) 力發(fā)電機(jī) 試驗(yàn)臺上 的應(yīng)用 J 中國新 技術(shù)新產(chǎn)品 2016 4 15 下轉(zhuǎn)第 230 頁 圖 4 主要部分原理圖 227 本欄目責(zé)任編輯 梁 書 計(jì)算機(jī)工程應(yīng)用技術(shù) 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(shù) 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(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本 設(shè) 計(jì) 確 定 60 分 鐘 啟 動 一 次 程 序 全 天 候 監(jiān) 控 記 錄 該 系 統(tǒng) 由 測 量 數(shù) 據(jù) 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(tǒng)設(shè)計(jì)流程 2 1 測量和數(shù)據(jù)處理模塊 首 先 A D 轉(zhuǎn) 換 器 進(jìn) 行 初 始 化 將 單 片 機(jī) 的 P 2 0 P 2 1 P 2 2 口 置 1 然 后 進(jìn) 行 模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 為 了 使 轉(zhuǎn) 換 在 一 個 周 期 內(nèi) 順 利 完 成 這 里 用 軟 件 實(shí) 現(xiàn) 時 鐘 控 制 這 樣 就 不 會 出 現(xiàn) 由 于 硬 件 不 同 步 而 出 現(xiàn) 誤 讀 現(xiàn) 象 三 種 信 號 并 行 讀 取 一 周 期 內(nèi) 完 成 在 讀 取 數(shù) 據(jù) 時 要 有 一 定 的 時 間 延 遲 本 設(shè) 計(jì) 為 10 s 以 確 保 讀 取 正確的數(shù)據(jù) 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(jī) 對 A D 轉(zhuǎn) 換 模 塊 的 控 制 和 對 數(shù) 據(jù) 處 理 單 片 機(jī) 對 A D 的 模 擬 清 零 通 道 選 取 地 址 寫 入 和 控 制 模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 步 驟 再 將 讀 取 值 與 預(yù) 先 設(shè) 定 的 標(biāo) 準(zhǔn) 值 進(jìn) 行 比 較 讀 取值超出規(guī)定值時發(fā)出相關(guān)的執(zhí)行指令 6 3 結(jié)束語 農(nóng) 作 物 生 長 信 息 采 集 管 理 系 統(tǒng) 采 用 模 塊 化 設(shè) 計(jì) 思 路 可 以 很 方 便 地 對 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 拆 分 單 獨(dú) 對 每 個 信 息 量 進(jìn) 行 管 理 也 可 以 對 設(shè) 計(jì) 進(jìn) 行 擴(kuò) 展 增 加 測 控 量 設(shè) 計(jì) 電 路 簡 單 實(shí) 用 采 用 常 用 的 芯 片 成 本 低 執(zhí) 行 采 用 繼 電 器 開 關(guān) 可 以 控 制 各 種 樣 式 的 電 氣 設(shè) 備 運(yùn) 行 穩(wěn) 定 可 靠 系 統(tǒng) 參 數(shù) 方 便 修 改 測 量 范 圍 寬 精 確度高 參考文獻(xiàn) 1 孫 余 凱 吳 鳴 山 項(xiàng) 綺 明 傳 感 器 應(yīng) 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(shù) M 北 京 科 學(xué) 出 版 社 2006 214 229 3 高 曉 蓉 傳 感 器 技 術(shù) M 成 都 西 南 交 通 大 學(xué) 出 版 社 2003 136 146 4 朱 宇 光 單 片 機(jī) 應(yīng) 用 新 技 術(shù) 教 程 M 北 京 電 子 工 業(yè) 出 版 社 2000 28 123 5 姜 武 中 單 片 機(jī) 原 理 與 接 口 技 術(shù) M 北 京 大 連 理 工 大 學(xué) 出 版社 2002 203 219 6 趙 秀 珍 單 永 磊 單 片 微 型 計(jì) 算 機(jī) 原 理 及 應(yīng) 用 M 北 京 中 國 水利水電出版社 2001 156 159 通聯(lián)編輯 梁書 上接第 227 頁 2 王 冬 梅 基 于 單 片 機(jī) 的 溫 室 大 棚 智 能 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) J 內(nèi) 燃 機(jī)與配件 2017 6 6 8 3 史 堅(jiān) 青 ABB 中 壓 變 頻 器 在 煤 礦 主 斜 井 皮 帶 機(jī) 上 的 應(yīng) 用 J 機(jī)械管理開發(fā) 2016 31 8 102 103 126 4 張 文 樂 楊 晶 晶 鐘 林 強(qiáng) 基 于 STM 32 溫 室 大 棚 氣 象 數(shù) 據(jù) 采 集 器的設(shè)計(jì) J 機(jī)電工程技術(shù) 2019 48 1 69 71 151 5 韓 力 英 楊 宜 菩 王 楊 等 基 于 單 片 機(jī) 的 溫 室 大 棚 智 能 監(jiān) 控 系 統(tǒng)設(shè)計(jì) J 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) 2016 37 1 65 68 72 6 漳州宏達(dá)信息技術(shù)服務(wù)中心 89 S52 的 LCD 1602 程序設(shè)計(jì) S 通聯(lián)編輯 梁書 230