智能温室大棚监测控制系统开发设计

1、智能温室大棚监测控制系统开发设计1、开发背景近年来，随着温室大棚化种植、工厂化育秧和设施栽培等农业生产技术的广泛应用，快速准确地环境参数的收集和分析就成为现实的需求，利用计算机技术对相应的农业气象参数进行采集，则一方面可及时了解作物生长的环境参数，另一方面也可根据采集的参数控制大棚环境的调节从而为农作物的生长提供适宜的生长环境。由于温室内的湿度、温度等环境条件不适合于普通PC 机工作，故这里选用单片机进行数据采集，而采集的数据可通过串口发射接收设备传送给上位PC 机进行分析处理。2、系统介绍农业大棚环境远程监控系统由前端部分来完成对环境监测因子的含量的监测与汇总、转换、传输等工作，监测因子包括

2、温度、湿度、光照、烟雾、有无人员进入等环境参数，这些监测因子由数据采集终端使用不同的方法进行测量获得一个非常准确的测量数据，此结果通过数据处理转换后经由串口向在线监测数据平台传输数据，在线监测数据传输平台来实现数据的接收、过滤、存储、处理、统计分析并提供实时数据查询等任务，当温湿度超过设定值的时候，自动开启或者关闭指定设备。整个系统可达到:安全、可靠、准确、实时、全面、快速、高效的将真实的蔬菜大棚环境信息展现在管理人员的面前。农业大棚环境远程监控系统由两大部分：控制中心、大棚监控点(信息采集一号，信息采集二号，信息采集三号)。结构说明该智能监控系统是由PC机作为总监控室的控制机，由IAP15F

3、61S2和STC90C51单片机分别负责收集数据信息，它们之间通过串口进行通讯。与单片机相连的包括:12864液晶显示模块、温度传感器DS18B20、湿度传感器HS1101、光敏传感器、人体红外感应传感器、烟雾传感器MQ-2、PCF8591A/D 转换器等。3、功能与使用说明(1)农业大棚智能监控系统上装有液晶屏，可在线实时采集和记录监测点位的温度、湿度、烟雾、光照等各项环境参数情况。当该系统接通电源时，液晶屏上会显示三个大棚内的各项环境参数。(2)可以通过按键可以切换液晶屏上显示的内容。(3)上位机能够存储大棚的历史数据信息。(4)单片机与单片机之间的多机通信：通过主机(单片机)可以看到另外

4、两个大棚的温度，湿度，光照强度，有无人，有无烟雾等信息。方便用户对所有大棚的信息。方便用户对所有大棚的信息查看。(5)控制中心软件采用C#编写的上位机图形界面，实现上位机终端与单片机之间的通信。通过上位机终端实时显示系统检测的温度、湿度、光照、烟雾等变化，统计温度、湿度、光照等环境数据的历史数据。(6)当上位机显示的温度、湿度、光照超过所定限值时，上传报警信息并进行本地及远程监测，且单片机系统中蜂鸣器也会开始报警，同时小灯不停的闪亮。1、平台选型说明(1)采用最新STC15系列IAP15F2K61S2 芯片。ISP/IAP，在系统可编程在应用可编程，无需编程器，无需仿真器。可当仿真器使用。(2

5、)增强型8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，速度比普通8051快8-12 倍(3)61K字节片内片内Flash程序存储器，擦写次数10万次以上(4)片内大容量2048字节的SRAM(5)大容量片内EEPROM，擦写次数10 万次数以上(6)共8 通道10 位高速ADC，速度可达30 万次/秒，3 路PWM 还可当3 路D/A使用(7)共3通道捕获/比较单元(CCP/PWM/PCA)(8)内部高可靠复位，8级可选复位门槛电压，彻底省掉外部复位电路(9)内部高精度R/C 时钟，内部时钟从5MHz35MHz可选，相当于普通8051的60MHz420MHz(10)两组高速异步串行通信端口(可同时

6、使用)，可在5 组管脚之间进行切换，分时复用可当5组串口使用。(11)一组高速异步串行通信端口SPI。(12)各种接口扩展齐全。(13)一根优质USB 线实现系统供电、程序下载、通信功能。2、控制中心(1)主要由PC机和上位机软件构成，它实现对数据的接收、存储、显示、数据请求以及温度曲线显示、等信息管理工作。(2)对温室大棚光照的调节、改善室内空气和对温度、湿度、光照度的上下限值的设定。(3)主系统可随时对从系统采集的信息进行查看。3、大棚监控点(1)实时将现场的气温、光照、烟雾、湿度、有无人员进入等数据采集到数据采集终端内。(2)通过主单片机可以实时查询其他两个从单片机的温度、湿度、光照、有

7、无人、有无烟雾的信息。(3)当温度、湿度、光照超过系统所设定的上下限值时会自动报警，防止事故的发生。4、系统框图5、 器件原理及应用温室大棚信息采集系统由IAP15F61S2单片机、AT89C52单片机、汉字图形12864液晶显示模块、温度、湿度、烟雾等传感器、串口收发设备、PCF8591A/D 转换器、按键、排气扇等部分组成。下面对其主要部分给予介绍：1) PCF8591模块我们之所以使用平PCF8591模块是因为该模块支持外部4路电压输入采集(电压输入范围0-5v)、集成光敏电阻，可以通过AD采集环境光强精确数值，且PCF8591是具有I2C总线接口的8位A/D及D/A转换器。有4路A/D

8、转换输入，1路D/A模拟输出。这就是说，它既可以作A/D转换也可以作D/A转换。在作品中我们主要用其集成的光敏电阻来采集光照强度，直接利用PCF8591具有I2C总线接口的8位A/D及D/A实现模拟数值的转换，得到光照的百分值。2) 12864液晶显示模块为了使本系统的人机界面较为方便，同时为降低显示程序编制的复杂程度，这里我们使用了12864液晶图形显示模块。该模块内含国标一级简体汉字库，只需给出汉字的区位码，即ASC码可实现汉字或ASC 字符的显示，且3000 多个汉字的容量足以满足绝大部分应用场合汉字显示的需要。在作品中12864液晶屏主要用来显示大棚湿度、温度、光照、是否有烟雾和人群等

9、所有信息，动态显示大棚中温度变化的曲线，显示湿度、温度、光照等的上、下限值。3)温度传感器DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO-92小体积封装形式;温度测量范围为-55+125,可编程为9位12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出;其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生。在作品中温度传感器主要用来检测大棚内温度，当大棚内温度超过系统所设定的正常温度时，系统会自动报警 ，提醒操作人员调节室内温度。4)湿度传感器湿度传感器HS1101是基于独特工艺设计的电容元件。可以应用于办公自动化，车厢内空气

10、质量控制，家电，工业控制系统等。在需要湿度补偿的场合他也可以得到很大的应用。它有全互换性 在标准环境下不需校正、长时间饱和下快速脱湿、可以自动化焊接，可靠性与长时间稳定性以及反应时间快等特点。因此本基于农业大棚的多点多参数的信息采集系统采用HS1101测量湿度,采用将HS1101置于555振荡电路中，将电容值的变化砖换成电压频率信号，可以直接被微处理器采集。在作品中我们将使用湿度传感器采集大棚内湿度，将数据传送到上位机终端，便于工作人员实时监测大棚内的湿度情况。当湿度过高或过低时提醒工作人员进行适当的调节。其电路原理图如下所示：5)烟雾传感器MQ-2气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导

11、率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。在作品中我们将MQ-2与LM339比较器连接，通过比较器输出的高低电平判断有无烟雾。当有烟雾时系统报警并提醒工作人员注意大棚内情况。其电路原理连接图如下图所示：6)人体红外感应传感器其功能特点有：(1)全自动感应:人进入其感应范围则输出高电平， 人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。(2)光敏控制(可选择，出厂时未设)：可设置光敏控制，白天或光线强时不感应。(3)温度补偿(可选择，出厂时未设)：在夏天当环境

12、温度升高至3032，探测距离稍变短，温度补偿可作一定的性能补偿。在作品中我们用人体红外感应器来检测有无人进入大棚，当有人进入时系统会自动提醒，通知工作人员有人进入，方便工作人员查看是否是有小偷进入。4、串口通信模块MAX232 是TTL-RS232 电平转换的典型芯片，按照芯片的推荐电路，取振荡电容为uF 的时候，若输入为5V,输出可以达到-14 V 左右，输入为0V ,输出可以达到14V, 在扇出电流为20mA 的时候，处处电压可以稳定在12V 和-12V. 因此，在功耗不是很大的情况下，可以将MAX232 的输出信号经稳压块后作电源使用。这里我们用9针串口和MAX232结合来实现与上位机通

13、信。将所得到的数据通过串口传给上位机终端，使控制人员可以通过上位机终端实时的查看到大棚内的动态。5、散热模块三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极C，基极B，发射极E。三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制(假设电源 能够提供给集电极足够大的电流的话)，并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系。在作品中因为使用的排气扇是12v的，系统中提供的5v的电压不足以带动风扇运转，因此我们利用三极管放大电路的原理来驱动风扇，从而使5v的电压带动12v的风扇工作。托普物联网是浙江托普仪器有限公司旗下的重要项目。浙江托普仪器是国内领先的农业仪器研发生产商

14、，依据自身在农业领域的研发实力，和自主研发的配套设备，在农业物联网领域崭露头角！托普物联网以客户需求为源头，结合现代农业科技、通信技术、计算机技术、GIS信息技术，以及物联网技术，竭诚为传统行业提供信息化、智能化的产品与端到端的解决方案。主要有：大田种植智能解决方案、畜牧养殖管理解决方案、食品安全溯源解决方案、食用菌种植智能化管理解决方案、水产养殖管理解决方案、温室大棚智能控制解决方案等。托普物联网三大系统产品我们知道物联网主要包括三大层次，即感知层、传输层和应用层。因此托普物联网产品主要以这三个层次延伸，涵盖了感知系统（环境监测传感设备）、传输系统（数据传输处理网络）、应用系统（终端智能控制

15、平台。）托普物联网模块化智能集成系统托普物联网依据自身研发优势，开发了多种模块化智能集成系统。1、传感模块：即环境传感监测系统。它依据各类传感设备可以完成整个园区或完成对异地园区所需数据监测的功能。2、终端模块：即终端智能控制系统。它可以完成整个园区或远程控制异地园区进行自动灌溉、自动降温、自动开启风机，自动补光及遮阳，自动卷帘，自动开窗关窗，自动液体肥料施肥、自动喷药等各类农业生产所需的自动控制。3、视频监控模块：即实时视频监控系统。主要是通过监控中心实时得到植物生长信息，在监控中心或异地互联网上既可随时看到作物的实时生长状况。4、预警模块：即远程植保预警系统。可以通过声光报警、短信报警、语音报警等方式进行预警