基于物联网技术的温室大棚控制系统设计-08电科

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 PAGE PAGE 84 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

2、将信号传到从机。主机完成各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(I

3、ntternett of 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

4、成的一个多多跳自组织的的网络，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

5、检测分析整个个过程中都离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

6、型土壤水水分传感器、SSH-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

7、。从机AT89S52 无线通信模块主机AT89S52空气温湿度传感器加热系统从机AT89S52 无线通信模块主机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信号放大电路土壤水分传感器通风系统LCD显示系统LCD显示系统二氧化碳传感器渗灌系统二氧化碳传感器渗灌系统补光系统补光系统光强传感器报警系统光强传感器报警系统上位机MAX485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、

8、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MSP430主控制器液晶屏动态显示温度传感器风扇风扇湿度传感器湿度传感器喷淋子系统二氧化碳传感器喷淋子系统

9、二氧化碳传感器采光子系统采光子系统照明子系统光敏传感器照明子系统光敏传感器二氧化碳添加子系统键盘输入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

10、，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

11、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

12、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

13、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

14、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

15、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，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0

16、0Hz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

17、计计选择SHTT10数字式式温湿度传感感器来检测温温室大棚中空空气的温湿度度。SHT10数字字式温湿度传传感器是由SSensirrion公司司推出的一种种可以同时测测量湿度、温温度的传感器器，不需外围围元件直接输输出经过标定定了的相对湿湿度、温度的的数字信号，可可以有效地解解决传统温、湿湿度传感器的的不足。其特特点：温湿度度传感器、信信号放大、AA/D转换、I2C总线接口全全部集成于一一个芯片上(CMOSeens技术)；全校准相相对湿度及温温度值输出；具有露点值值计算输出功功能；免外围围元件；卓越越的长期稳定定性；测量精精度高，湿度度的精度为3. 5，温度的精度度为0. 5(在20时)；可靠的

18、CRRC数据传输输校验功能；片内装载的的校准系数，保保证100%的互换性；电源电压为为2. 45. 5VV6。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33.2所示，SHTT10数字式式温湿度传感感器来检测温温室大棚中空空气的温湿度度，并将检测测到的信号传传送给单片机机的P0口，让让单片机处理理。图3.2 SSHT10数数字式温湿度度传感器连接接电路图3.3 土壤湿湿度测量电路路模块本设计选择FDDS-1000型土壤水分分传感器检测测土壤中水分分的含量。FDS-1000型土壤水分分传感器引脚脚功能7如下： 红线（

19、VDD）：5-12 V电源输入 黄线(V-OUTT)：电压输输出01.8755V DC 黑线(GND)：地地线 功能及及特点：本传感器体积小小巧化设计，携携带方便，安安装、操作及及维护简单。结构设计合理，不不绣钢探针保保证使用寿命命。外部以环氧树脂脂纯胶体封装装，密封性好好，可直接埋埋入土壤中使使用，且不受受腐蚀。土质影响较小，应用地区广泛。测量精度高，性性能可靠，确确保正常工作作。响应速度快，数数据传输效率率高。 FDSS-100型土壤壤水分传感器器经过LM3358经信号放大大输送至单片片机P0口，电路路如图3.3所示。图3.3 FFDS-100型土壤壤水分传感器器连接电路图图3.4 光强测

20、测量电路模块块本设计选择TSSL25611光强传感器器检测温室大大棚的光照度度。 各引脚的功能8如下： 脚1和和脚3分别是是电源引脚和和信号地。其其工作电压工工作范围是是是2.7V-3.5V。脚2，器件访问问地址选择引引脚。由于该该引脚电平不不同，该器件件有3个不同同的访问地址址。 脚4和和脚6，总线线的时钟信号号线和数据线线。脚5中断信号输输出引脚。当当光强度超过过用户编程设设置的上或下下阈值时 器器件会输出一一个中断信号号。TSL25611光强度数字字转换芯片与与单片机P00相接，电路路原理图如图图3.4所示。图3.4 TTSL25661光强传感感器连接电路路图3.5 二氧化化碳测量电路路

21、模块 本设计计采用SH-300-DDH二氧化碳碳检测模块检检测大棚内的的二氧化碳浓浓度。该模块块主要应用于于CO2含量的的检测，具有有体积小，反反应灵敏，检检测精度高等等优点。 其主要性性能参数9如下所示: (1)检测范围：0-3000PPMM； (2)精度：0-3000PPPM，100-50； (3)响应时间：小于30秒秒(0-80%)，数数据更新时间间:2秒； (4)预热；990秒(255)； (5)输出：模拟拟：0-3V； 数字UAART：默认波特率率9600bbps； (6)输入电压：DC7V-12V； 该模块块具有模拟量量输出和数字字量输出两种种方式，在系系统设计中，采采用的是数字字

22、通信方式，该该传感器的数数字输出脚直直连到单片机机的RXD管脚上上。电路图如如图3.5所示。图3.5 SSH-3000-DH二氧氧化碳传感器器连接电路 3.66 显示电路模块块 本设计计采用LCDD1602作为为输出器件，其其特点如下： (1)显示质量高高：由于LCCD每一个点点在收到信息息后就一直保保持那中色彩彩和亮度， 恒定发光，不不需要不断的的刷新亮点，因因此画质高且且不会闪烁。 (2)数字式接口口，与单片机机系统的接口口简单，操作作更方便。 (3)体积小，质质量轻。(4)功耗低，耗耗电量比其他他显示器件小小得多。电路原理图如图图3.6所示。图3.6 LLCD16002显示电路图3.7

23、报警电电路模块本系统专门设计计了报警电路路模块，由晶晶体管和蜂鸣鸣器组成。由由单片机I/O口输出信信号控制晶体体管的导通或或截止，晶体体管导通，则则蜂鸣器报警警。当某个监监控参数长时时间(具体时时间由程序设设定)超出其其合理的上下下限范围时，报报警系统启动动。它与单片片机的连接电电路如图3.7所示。图3.7 报警警电路3.8 通信电电路模块本系统的通信电电路模块分为为主机与从机机之间的无线线通信和单片片机与上位机机之间的串口口通信。主机与从机之间间的无线通信信主要是主机把把采集到的空空气温湿度、土土壤湿度、二二氧化碳浓度度以及光强照照度的数据通过一对对配置的nRRF905无无线收发模块块发送到

24、从机机，从机接收数数据并控制加加热系统、通通风系统、滴滴灌系统、补补光系统以及及报警子系统统的运行。nRF905是是挪威Norrdic公司司推出的单片片射频发射器器芯片，工作作电压为 11.93.6V，322引脚QFNN封装（5mmm5mm），工工作于4333/868/915MHHz3个ISSM频道。nnRF9055可以自动完完成处理字头头和CR (循环冗余码码校验)的工工作，可由片片内硬件自动动完成曼彻斯斯特编码/解解码，使用SSPI接口与与微控制器通通信，配置非非常方便，其其功耗非常低低，以- 110dBm的的输出功率发发射时电流只只有11mAA，在接收模模式时电流为为12.5mmA10。

25、单片机由由I/O端口口控制nRFF905模块块的状态接口口、模式接口口和SPI 接口。nRRF905详详细结构图如如图3.8所示。3.8 nRRF905结结构图主机与从机之间间的通信通过过无线收发模模块实现。以以AT89SS52单片机机为微控制器器，与设计好好的nRF9905无线收收发模块相连连接，具备数数据发送和数数据接收的功功能。连接电电路由一对配配置nRF9905模块构构成，其中一一端作为发送送端，另一端端作为接收端端。主机与从从机之间无线线通信连接电电路图见附录录1。 本系统统的单片机与与上位机之间间的串口通讯讯采用符合RRS-4855电气标准的的MAX4885芯片。RS-485标准准

26、的特点：采采用差动发送送/接收，共共模抑制比高高，抗干扰能能力强；传输输速率高，它它允许的最大大传输速率可可达10Mbb/s(传送送15m)；传传送距离远，采采用双绞线，在在不用MODDEM的情况况下，当以1100kb/s的传输速速率时，可传传送的距离为为1.2kmm；能实现多点点对多点的通通信，RS-485允许许平衡电缆上上连接32个发送器器/接收器对对。它非常适适合温室大棚棚规模扩大时时的测控系统统的扩展。单单片机和上位位机之间的通通信必须用RRS232/RS4855转换器EM4485B将电电平进行转换换。MAX-485与单单片机连接电电路，如图33.9所示。图3.9 单片片机与上位机机通

27、信电路图图3.9 控制电电路模块本设计的控制电电路模块选用用继电器作为为控制系统的的开关。继电电器是一种电电子控制器件件，它具有控控制系统（又又称输入回路路）和被控制制系统（又称称输出回路），通通常应用于自自动控制电路路中，它实际际上是用较小小的电流去控控制较大电流流的一种“自动开关”。故在电路路中起着自动动调节、安全全保护、转换换电路等作用用。如图3.10所示，从机机从主机接受受指令控制继继电器的开关关，从而使各各类执行器件件起到对温室室环境调节的的作用。图3.10 继继电器控制电电路3.10 电源源电路模块本设计中用到33种电源，分分别为-5VV、+5V、12V。如图3.111所示，222

28、0V交流电电经变压器降降压、桥式整整流、电容滤滤波后由79905、78805、78812三端集集成稳压管分分别得到-55V、+5VV、12VV电压，为整个系统供供电。图3.11 电电源电路图4 系统软件设设计 根据空空气温湿度、土土壤湿度、二二氧化碳浓度度、光照度等等数据的特点点和农作物的的生长特点，本本系统对温室室的空气温度度、光照度进进行PID算法控控制。两者的的数据先被传传感器采集，经经过信号处理理，存入ATT89S522的内部数据据存储器，与与设定值进行行比较，经过过PID算法得得到控制量并并由单片机输输出去控制加加热炉、补光光光源。4.1 PIDD控制算法原原理控制器本身是一一种基于

29、对“过去”、“现在”和“未来”信息估计的的简单控制算算法。常规的的控制系统主主要由控制器器和被控对象象组成。作为为一种线性控控制器，它根根据给定值和和实际输出值值构成控制偏偏差，将偏差差按比例、积积分和微分通通过线性组合合构成控制量量，对被控对对象进行控制制，故称控制制器。在连续控制系统统中，PIDD控制器的输输出u(t)与输入e(t)之间成比例例、积分、微微分的关系。即即 (44.1)写成传递函数的的形式 (44.2)PID控制器各各个参数对系系统的动态和和稳态性能有有不同的影响响11。A 比例作用比例作用的引入入是为了及时时成比例地反反应控制系统统的偏差信号号，以最快速速度产生控制制作用，

30、使偏偏差向减小的的趋势变化。(1) 对动态态特性的影响响比例控制参数KKc凡加大，使使系统的动作作灵敏，速度度加快，Kcc偏大，振荡荡次数加多，调调节时间加长长。当Kc太太大时，系统统会趋于不稳稳定，若Kcc太小，又会会使系统的动动作缓慢。(2)对稳态特特性的影响加大比例系数KKc，在系统统稳定的情况况下，可以减减小稳态误差差ess，提高控控制精度，但但是加大Kcc只是减少eess，却不能能完全消除稳稳态误差。在PID控制的的闭环系统中中，对于设定定值的变化和和外扰的响应应是不同的，在在工程应用上上对两者的性性能要求也有有所不同，对对设定值的变变化一般要求求满足一定的的前提条件，如如无超调下的

31、的快速跟踪对对外扰则希望望闭环系统在在具有一定衰衰减比的情况况下快速克服服。B 积分作用积分作用的引入入，主要是为为了保证被控控量在稳态时时对设定值的的无静差跟踪踪，它对系统统的性能影响响可以体现在在以下两方面面：(1) 对动态态特性的影响响积分作用通常使使系统的稳定定性下降。如如果积分时间间Ti太小系系统将不稳定定，Ti偏小小，振荡次数数较多；如果Ti太太大，对系统统性能的影响响减少，当TTi合适时，过过渡特性比较较理想。(2) 对稳态态特性的影响响积分作用能消除除系统的稳态态误差，提高高控制系统的的控制精度。但但是Ti太大大时，积分作作用太弱，以以至不能减小小稳态误差。C 微分作用微分作用

32、通常与与比例作用或或积分作用联联合作用，构构成PD控制制或者PIDD控制。微分作用的引入入，主要是为为了改善闭环环系统的稳定定性和动态特特性，如使超超调量较小，调调节时间缩短短，允许加大大比例控制，使使稳态误差减减小，提高控控制精度。当当微分时间TTd偏大时，超超调量较大，调调节时间较长长；当Td偏小小时，超调量量也较大，调调节时间也较较长只有合适适时，可以得得到比较满意意的过渡过程程。直观地分分析，假设被被控对象存在在一定的惯性性，微分作用用将使得控制制作用与被控控量，与偏差差量未来变化化趋势之间形形成近似的比比例关系。从频域分析的角角度讲，微分分作用等效于于一个高通滤滤波器，即有有可能在控

33、制制输出中引入较强强的高频噪声声，这是实际际控制所不希希望的。在现代由于计算算机进入控制制领域，用数数字计算机代代替模拟计算算机调节器组组成计算机控控制系统，用用软件实现PPID控制算算法，而且可可以利用计算算机的逻辑功功能，使PIID控制更加加灵活。计算算机控制是一一种采样控制制，它只能根根据采样时刻刻的偏差值计计算控制量。因因此，连续PPID控制算算法不能直接接使用，需要要采用离散化化方法。在计计算机PIDD控制中，使使用的是数字字PID控制制器。目前有有位置式PIID控制算法法以及增量式式PID控制制算法12。 本系统统采用了增量量数字化PIID算法。增量式式控制器是指指控制器每次次输出

34、的只是是控制量的增增量，当执行行机构，例如如步进电机，需需要的是增量量而不是位置置量的绝对数数值时，就可可以使用增量量式PID控控制器进行控控制13。增量，当执行机机构需要的是是控制量的增增量时，应采采用增量式PPID控制。根根据递推原理理可得 (4.3)用式(4.3)减式(4.4)，可得得增量式PIID控制算法法 (44.4)式(4.5)称称为增量式PPID控制算算法，将其进进一步可改写写为 (4.5)式中，增量式控制虽然然只是算法上上作了一点改改进，却带来来了不少的优优点14：(1) 由于计计算机输出增增量，所以误误动作时影响响小，必要时时可用逻辑判判断的方法去去掉。(2) 手动/自动切换

35、时时冲击小，便便于实现无扰扰动切换。此此外，当计算算机发生故障障时，由于输输出通道或执执行装置具有有信号的锁存存作用，故仍仍能保持原值值。(3) 算式中中不需要累加加。控制增量量u(k)的确定，仅仅与最近k次的采样值值有关，所以较容易通过过加权处理而而获得比较好好的控制效果果。但是增量式控制制也有其不足足之处155：积分截截断效应大，有有静态误差；溢出的影响响大。因此，在在选择时不可可一概而论，一一般认为在以以晶闸管作为为执行器或在在控制精度要要求高的系统统中，可采用用位置式控制制算法，而在在以步进电动动机或电动阀阀门作为执行行器的系统中中，则可采用用增量式控制制算法。 4.2 系系统下位机主

36、主程序流程图图设计 本系统统软件下位机机程序主要由由下位机各数数据测控、上上位机与下位位机通讯、报报警等程序组组成。下位机机主程序流程程图，如图44.1所示。传感感器采集的数数据存储入单单片机，单片片机初始化，开开始比较采集集的空气温湿湿度是否在测测量范围内，如如果在测量范范围内，则比比较采集到的的土壤湿度是是否在测量范范围内，否则则进入空气温温度调整子程程序，控制加加热炉加热或或者通风系统统通风以升高高或降低空气气温湿度，然然后比较采集集到的土壤湿湿度是否在测测量范围内，以以此类推，当当比较完采集集到的二氧化化碳浓度后进进入下一个循循环重新开始始比较空气温温湿度。开始开始系统初始化系统初始化

37、参数设定参数设定空气温湿度测量空气温湿度测量空气温度是否在测量范围内空气温度是否在测量范围内N Y空气湿度测量空气温度调整子程序 空气湿度测量空气温度调整子程序空气湿度是否在测量范围内空气湿度是否在测量范围内N空气湿度调整子程序 Y空气湿度调整子程序土壤湿度测量土壤湿度测量土壤湿度是否在测量范围内土壤湿度是否在测量范围内N土壤湿度调整子程序 Y土壤湿度调整子程序二氧化碳浓度测量 二氧化碳浓度测量二氧化碳浓度是否在测量范围内二氧化碳浓度是否在测量范围内N二氧化碳浓度调整子程序二氧化碳浓度调整子程序光照度测量 Y光照度测量二氧化碳浓度是否在测量范围内二氧化碳浓度是否在测量范围内NN光照度调整子程序

38、光照度调整子程序 Y图4.1 主程程序图5 结论 本次设设计结合单片片机技术、传传感器技术和和物联网技术术，构建了一一个基于物联联网技术的温温室大棚控制制系统。本系系统是本着在在不影响功能能实现的前提提条件下尽可可能降低生产产成本的宗旨旨，以AT889S52为为核心，以PPID控制为为主要控制方方式，以检测测并调节空气气温湿度、土土壤湿度、CCO2浓度和和光照度为主主要目的的测测控系统。该该系统可以实实现对温室大大棚参数信息息的实时检测测和调整并报报警，并且通通过无线传输输模块nRFF905将采采集信息传送送给控制主机机，再结合有有线技术传送送给上位机，将将无线技术和和有线技术结结合起来，实实

39、现远程参数数的无线控制制。结果表明明，该控制系系统具有良好好的扩展性和和实用性，对对于实现温室室的智能化测测控管理，降降低劳动强度度，提高生产产效率，创造造大棚生产的的最佳效益将将产生积极作作用。参考文献1 管继刚刚物联网技术术在智能农业业中的应用J通信管理与与技术，2010(3)：24272 孙科物联网在现代代农业上的应应用J无线互联科科技，20112(3)：193 龚道礼礼基于无线线传感器网络络的环境监测测系统研制D中国地质大大学，20111：84 胡汉才才单片机原理理及系统设计计M北北京：清华大大学出版社，22001：220265 刘守义义单片机应应用技术MM西安：西安安电子科技大大学出

40、版社，20026 戴勇，周建平，梁楚华，赵二明. 基于AT899S52单片机的的多功能智能能温室测控系系统J农机化研究究，2009(5)：1397 龚元石石，李子忠FDS探针两两种埋设方式式下土壤水分分的测定及其其比较J农业工工程学报，19997，13(2)：2422448 来清民民传感器与与单片机接口口及实例MM北京：北京航空航航空大学出版版社，20008： 1391419 钟亚飞飞基于单片片机的温室二二氧化碳测控控系统的设计计D山东科技大大学，20111：13.10荚庆，王代华，张志杰基于nRFF905的无无线数据传输输系统J国外电子元元器件2008，(1)：2293111 赵建建华，沈永

41、良良一种自适适应PID控控制算法JJ自动化学报报，20011，27(22)：4177420.12 刘金金琨先进PPID控制MMATLABB仿真M北京：电子工工业出版社(第2版)，2004，913 张宇宇河，金钰计算机控制制系统M北京；北北京理工大学学出版社，1199614 Ibbrahimm Kayaa Nusreet Tann Dereek PAtherrtonA reffinemeent prroceduure foor PIDD conttrolleersJElecttricall Engiineeriing，(20066)(88)：21522115 美美Katssuhikoo Ogat

42、ta.陆伯英英，于海勋等等(译)现现代控制工程程(第三版)M北北京：电子工工业出版社，22000，33.Design of thhe Inttelliggent MMonitooring Systeem forr Greeen houuse Baased uupon IInternnet off ThinngsLiu Juaan(Departtment of Phhysicss ， Dezhhou Unniverssity ， Dezhhou，2530223)Abstracct Basedd on tthe coontentt of tthe neetworkking ttechnoologi

43、ees greeenhouuse caanopy contrrol syystem by ATT89S52 siingle chip microocompuuter aas thee coree, thee heatting ffurnacce andd fan, spriinklerr irriigatioon andd irriigatioon, flluoresscent lamp, resppectivvely, and tto inccreasee the heat shed greennhousee carbbon diioxidee conccentraation, incrre

44、ase the aair huumiditty, irrrigattion, artifficiall lighht suppplemeent; SSHT10 digittal teemperaature and hhumidiity seensorss, usiing FDDS-1000 typee soill moissture sensoor, SHH-300-DH caarbon dioxiide seensor and TTSL25661 strrong llight sensoor, wiill shhed thhe datta colllecteed in the iinform

45、mationn in tthe liiquid crysttal diisplayy on tthe 16602, aand thhroughh the seriaal cabble coommuniicatioon willl siggnals to frrom thhe macchine. The host to fiinish the nnumeriical pprecasst andd alarrm cirrcuit modulle funnctionn, andd fromm the compllete ccollecction of maachinee numeericall di

46、spplay aand heeatingg and fan, sprinnkler irriggationn and irriggationn and fluorrescennt lammp conntrol functtions. In tthis ppaper the ddesignn greeenhousse cannopy ccontrool sysstem, can ccollecct reaal-timme conntrol of thhe airr tempperatuure annd hummidityy in ggreenhhouse, soill humiidity, li

47、ghht inttensitty, thhe conncentrrationn of ccarbonn dioxxide aand otther eenviroonmenttal paarametters tto inttuitivve datta shoows too the user, and may, accorrding to thhe demmand oof plaantingg cropps proovide alarmm infoormatiion. Keywordds AT89SS52；SHT100；FDS-100；SH-3000-DH；TSL25561 致 谢 在论文文完成之

48、际，我我要特别感谢谢我的指导老老师张秀梅的的热情关怀和和悉心指导。在在我撰写论文文开题的过程程中，张老师师倾注了大量量的心血和汗汗水，无论是是在论文的选选题、构思和和资料的收集集方面，还是是在论文的中中期过程检查查以及成文定定稿方面，我我都得到了张张老师悉心细细致的教诲和和无私的帮助助，特别是她她广博的学识识、深厚的学学术素养、严严谨的治学精精神和一丝不不苟的工作作作风使我终生生受益，在此此表示真诚地地感谢和深深深的谢意。 谢我的的班主任刘毅毅老师，谢谢谢他在这四年年中为我们全全班所做的一一切，他不求求回报，无私私奉献的精神神很让我感动动，再次向他他表示由衷的的感谢。同时时还要谢谢同同学们，在

49、我我论文设计过过程中给予的的帮助，使我我能够顺利的的完成论文设设计。最后，感谢谢我的母校德州学院四四年来对我的的大力栽培。我我还要感谢含含辛茹苦抚养养我长大的父父母，谢谢您您们!附录1 主机与与从机无线通通信模块电路路图附录2 系统总总电路图附录3 程序#includde/头文文件#includde#includde#includde#includde#includde #includdesfr AUXXR=0 x88e;sfr AUXXR1=0 xxa2;/keey记录键值值；k自动控控制标志；ii、b用于显显示unsigneed chaar keyy=0,k=0,i=00,b=0,m=0,

50、jj=0,l=0,g=110,s=00; /m、l、jj、g用于计计时unsigneed chaar xdaata shhow8;/用于于显示转换unsigneed chaar xdaata weet6; /湿度度0:1、温度22:3、CCO24、光强55unsigneed chaar xdaata maax6=0;unsigneed chaar xdaata miin6=0;unsigneed chaar xdaata t00ime88=1,2,3,55,6,7,8,9;/*/比较参量量0,时间0:1、湿湿度2:33、温度4:5、CCO26、光强77unsigneed chaar xdaat

51、a t11ime88=1,2,3,55,6,7,8,9;/*/比较参量量1,时间0:1、湿湿度2:33、温度4:5、CCO26、光强77unsigneed chaar adddress=0 x10; /RAAM地址sbit keey1=P117; /按键键1 sbit keey2=P001;/2 sbit keey3=P002;/3 sbit keey4=P000;/4 sbit leed=P03;/122864背灯灯sbit coo2=P37; /COO2加热sbit moo=P200;/电机机sbit lii=P211; /加热热灯void meenu();void weelcomee()

52、 /欢迎迎界面chn_ddisp(00 x92,44,欢迎使使用);chn_diisp(0 xx98,8,吉林大学学电子学院);void reeadalll() /读取取时间、湿、温温、CO2、光光强Read_RTC();RH(wett);wet4=Adc00832(11);wet5=Adc00832(11);void chhange(unsiggned cchar nn)/数据据格式转换unsiggned cchar kk;unsignned innt g;switchh(n)casee 0:for(kk=0;k3;k+)sshow66-3*k=set_rtc_ccodekk/16+0;sh

53、how7-3*k=set_rrtc_coodek%16+0;shoow5=show2=:;breeak;case 1:show0=seet_rtcc_codee6/116+0;shoow1=set_rrtc_coode6%16+0;shoow4=set_rrtc_coode4/16+0;shoow5=set_rrtc_coode4%16+0;shoow6=set_rrtc_coode3/16+0;shoow7=set_rrtc_coode3%16+0;breeak;case 2:show0=t00ime11/16+0;shoow1=t0imee1%116+0;shoow3=show2=-;sh

54、oow4=t0imee0/116+0;shoow5=t0imee0%116+0;breeak;case 3:show0=t11ime11/16+0;shoow1=t1imee1%116+0;shoow3=show2=-;shoow4=t1imee0/116+0;shoow5=t1imee0%116+0;breeak; caase 4:g=wett0*00 x100+wet11;shoow0=g/1000+0;shoow1=(g/100)%10+0;shoow2=.;shoow3=g%10+0;shoow4=%;breeak; caase 5:g=wett2*00 x100+wet33;shoo

55、w0=g/1000+0;shoow1=(g/100)%10+0;shoow2=.;shoow3=g%10+0;breeak; caase 6:g=CO22_deall(wet4);shoow0=g/10000+0;shoow1=(g/1000)%100+0;shoow2=(g/100)%10+0;shoow3=g%10+0;shoow4=p;shoow5=p;shoow6=m;breeak; caase 7:show0=weet5/16+00;shoow1=wet55%16+0;shoow2=p;shoow3=p;shoow4=m;breeak;void cllean()/清屏屏wr_lccd

56、(commm,0 x330);wr_lcdd(commm,0 x011);lat_diisp(0,0);delay11(100);void z() /制作作cleann();chn_diisp(0 xx80,2,制作);chn_diisp(0 xx92,2,肖辉);chn_diisp(0 xx8a,3,吕兴东);chn_diisp(0 xx9a,3,王大美);void shhowalll(charr a) /16002显示所有有switcch(a)casee 0:readaall(); wr_lcd(ccomm,00 x0c);cleean();chaange(00);chnn_dispp(0

57、 x800,4,shhow);chnn_dispp(0 x855,2,星星期);shoow0=set_rrtc_coode5+0;chnn_dispp_1(0 xx87,0,1,shoow);chaange(44);chnn_dispp_1(0 xx90,0,5,shoow);chaange(55);chnn_dispp_1(0 xx95,0,5,shoow);chnn_dispp_1(0 xx97,0,2,);chaange(66);chnn_dispp_1(0 xx88,0,7,shoow);chaange(77);chnn_dispp_1(0 xx8d,0,5,shoow);chnn_d

58、ispp(0 x988,4,功功能设置);breeak;case 1:chn_ddisp(00 x80,44,参量设设置);chnn_dispp(0 x900,4,模模式设置);chnn_dispp(0 x888,4,记记录处理);chnn_dispp(0 x988,2,复复位);breeak;case 2: chhn_dissp(0 x882,4,参量设置);chnn_dispp(0 x900,4,测测量间隔);chnn_dispp(0 x888,4,时时间设置);chnn_dispp(0 x988,4,湿湿度范围);breeak;case 9:chn_ddisp(00 x82,44,参量设

59、设置);chnn_dispp(0 x900,4,温温度范围);chnn_dispp_1(0 xx88,0,4,COO2);chnn_dispp(0 x8aa,2,浓浓度);chnn_dispp(0 x988,4,光光强范围);breeak;case 3:chn_ddisp(00 x82,44,测量间间隔);shoow0=s/10+0;shoow1=s%10+0;chnn_dispp_1(0 xx91,0,2,shoow);chnn_dispp(0 x922,2,分分钟);shoow0=/;chnn_dispp_1(0 xx94,0,1,shoow);chnn_dispp(0 x955,1,次次

60、);chnn_dispp(0 x988,2,确确定);breeak;case 4:chn_ddisp(00 x82,44,时间设设置);chaange(11);chnn_dispp(0 x922,4,shhow);chnn_dispp(0 x911,3,shhow);chnn_dispp(0 x922,1,年年);chnn_dispp(0 x944,1,月月);chnn_dispp(0 x966,1,日日);chaange(00);chnn_dispp(0 x8aa,4,shhow);shoow5=show4;shoow4=show3;chnn_dispp(0 x899,3,shhow);ch