有机蔬菜大棚数据监测系统设计.pdf

本栏目责任编辑 梁 书 计算机工程应用技术 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 电脑知识 与技术 第 16 卷第 4 期 2020 年 2 月 第 16 卷第 4 期 2020 年 2 月 有机蔬菜大棚数据监测系统设计 彭琛 唐斌 湖南文理学院 计算机与电气工程学院 湖南 常德 415000 摘 要 采 用 大 棚 对 蔬 菜 栽 培 可 以 提 高 农 作 物 生 长 条 件 增 产 反 季 节 作 物 的 供 应 增 加 农 产 品 价 格 扩 大 种 植 户 收 益 但 农 作 物 的 生 长 过 程 中 其 生 长 和 产 量 均 受 到 湿 度 温 度 光 照 强 度 CO 2 浓 度 等 多 种 因 素 影 响 因 此 把 握 好 对 农 作 物 生 长 环 境 因 素的监测十分重要 关键词 STC 89C 52 RC 传感器 有机蔬菜 中图分类号 TP 311 文献标识码 A 文章编号 1009 3044 2020 04 0 226 02 开放科学 资源服务 标识码 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 纪 以 来 我 国 的 农 业 快 速 发 展 人 们 对 蔬 菜 的 需 求 增 加 在 这 种 环 境 下 温 室 大 棚 的 产 业 规 模 不 断 地 扩 大 产 业 结 构 不 断 地 调 整 产 业 形 势 不 断 的 现 代 化 从 而 有 机 蔬 菜 的 种 植 不 断 扩 大 对 此 大 棚 内 的 环 境 因 素 监 测 工 作 也 变 得 格 外 重 要 关 于 我 国 有 地 区 监 测 系 统 的 推 广 还 没 完 全 到 位 普 及 率 低 有 的 系 统 对 多 个 大 棚 监 测 管 理 能 力 尚 有 不 足 为 了 解 决 以 上 几 点 不 足 下 面 设 计 了 一 套 由 单 片 机 以 及 传 感 器 构 成 的 下 位 机 单 元 实 现 对 温 湿 度 CO 2 浓 度 光 照 强 度 PM 2 5 的 自 动 检 测 以 及 实 时 显 示 为 了 提 高 农 作 物 产 值 需 要 人 为 地 监 控 棚 内 的 气 象 数 据 以 便 评 估 气 象 信 息 对 农 业 生 产 的 危 害 程 度 提 高 应 对 突 发 天 气 状 况 的 能 力 1 本 文 采 用 单 片 机 作 为 控 制 核 心 通 过 温 湿 度 传 感 器 光 照 强 度 传 感 器 土 壤 湿 度 感 器 采 集 相 应 的 温 室 大棚的温度 湿度以及光照度等参数 2 1 系统总体设计 温 室 大 棚 环 境 监 测 系 统 由 DH 11 温 湿 度 传 感 器 PM 2 5 检 测 模 块 光 照 传 感 器 模 块 CO 2 传 感 器 模 块 来 完 成 对 环 境 因 子 的 数据采 集 LCD 1602 液晶屏 完成对 数据显 示 本装置 还有蜂 鸣器 报 警 装 置 以 及 电 源 电 路 所 采 集 的 数 据 直 接 交 由 处 理 器 STC 89C 52RC 单片机处理 系统总体框图如图 1 所示 图 1 系统总体设计框架流程图 2 系统硬件 设计 2 1 主控制器 模块介绍 STC 89 C 52RC 是 一 种 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 缀 RC 带 有 RC 字 样 的 单 片 机 表 示 它 自 带 RC 时 钟 振 荡 电 路 可 以 不 用 外 加 时 钟 振 荡 电 路 89C 52RC 支 持 STC 的 2 线 制 下 载 方 式 程 序 读 取 写 入 更 加 快 捷 支 持 6T 模 式 I O 数 量 更 多 等 优 点 使 得 STC 89 C 52 RC 成 了 目 前 众多小型嵌入式系统的解决办法 收稿日期 2019 11 21 基 金 项 目 2019 年 常 德 市 科 技 创 新 计 划 项 目 湖 南 省 大 学 生 研 究 性 学 习 和 创 新 性 实 验 计 划 项 目 湘 教 通 2019 219 号 2048 湖 南 省 2019 年教改项目 湘教通 2019 291 号 684 作者简介 彭琛 1982 女 湖南常德人 湖南文理学院 讲师 硕士 物联网技术及应用 智慧农业 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 电脑知识与技术 Vol 16 No 4 February 2020 226 计算机工程应用技术 本栏目责任编辑 梁 书 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 电脑知识与技术 第 16 卷第 4 期 2020 年 2 月 第 16 卷第 4 期 2020 年 2 月 2 2 传感器模块介绍 PM 2 5 传 感 器 硬 件 电 路 PM 2 5 传 感 器 原 理 是 根 据 光 的 散 射 原 理 来 开 发 的 当 光 照 射 物 质 的 微 粒 和 分 子 时 会 产 生 光 的 散 射 现 象 此 时 物 质 会 吸 收 部 分 光 的 能 量 PM 2 5 传 感 器 的 TXD 和 RXD 分 别 接 到 STC 89C 52 RC 芯 片 上 的 RXD 和 TXD 再 接 上 5V 电源和地 3 电路接法如图 2 所示 图 2 PM 2 5 传感器驱动电路 DHT 11 温 湿 度 传 感 器 是 单 总 线 单 工 通 讯 4 一 次 性 传 送 40 位 数 据 前 16 位 是 与 湿 度 相 关 的 数 据 中 间 16 位 是 与 温 度 相 关 的 最后八位是用来校验的 DHT 11 的测量电路如图 3 所示 DHT 11 的 通 信 步 骤 如 下 首 先 主 机 先 发 送 开 始 的 信 号 当 从 机 收 到 信 号 后 会 返 回 一 个 应 答 信 号 主 机 的 信 号 线 会 拉 高 做完准备工作后开始接收数据 图 3 DHT 11 原理图 MG 811 型 CO 2 传 感 器 对 CO 2 的 检 测 有 较 高 的 精 准 度 在 不 同 温 度 环 境 下 工 作 性 能 稳 定 其 受 温 湿 度 的 影 响 较 小 工 作 原 理 当 CO 2 气体进入传感器置中 会发生以下电极反应 1 负极反应 2li CO 2 1 2 O 2 LiCO 3 2 正极反应 2Na 1 2O 2 2 e Na 2 O 3 总反应 LiCO 3 2Na Na 2 O 2Li CO 2 当 CO 2 浓 度 不 同 时 会 产 生 不 同 大 小 的 电 势 其 通 过 I 2C 协 议对数据进行输入和输出 数 字 型 BH 1750 光 强 传 感 器 不 区 分 光 源 支 持 I 2CBUS 接 口 可 以 根 据 系 统 所 收 集 的 光 线 强 度 用 来 调 亮 度 利 用 它 的 高 分 辨 率 可 以 探 测 较 大 范 围 的 光 强 度 变 化 其 优 点 有 支 持 1 8v 逻 辑 输 入 接 口 不 需 要 其 他 外 部 件 对 光 源 依 赖 性 弱 误 差 变 动 小 受 红 外 线 影 响 小 等 其 高 分 辨 率 可 以 探 测 较 大 范 围 的 光 强 度 变 化 量 程 达 到 了 1 655351 可 对 广 泛 亮 度 进 行 11 的 高精度测定 5 LCD 1602 液 晶 显 示 器 是 种 较 为 广 泛 的 显 示 装 置 优 点 有 功 耗 低 辐 射 小 其 组 成 主 要 是 由 液 晶 显 示 屏 LCD 控 制 驱 动 主 电 路 HD 44780 及 其 扩 展 驱 动 电 路 HD 44100 在 PCB 板 上 而 组 成 的 6 液 晶 显 示 的 原 理 是 对 要 显 示 的 区 域 使 用 电 压 控 制 通 过 电 压 大 小 来 控 制 明 暗 不 同 本 实 验 采 用 LCD 1602 进 行 数 据 显 示 将温度湿度采集模块所采集的数据进行显示 有 关 实 物 整 体 设 计 原 理 图 主 要 包 括 蜂 鸣 器 电 路 温 湿 度 传 感 器 LCD 1602 液 晶 显 示 屏 以 x 及 电 源 电 路 如 图 4 所 示 温 度显示实物图 如图 5 所示 图 5 实物温度图 3 系统软件设计 软 件 是 采 用 C 语 言 开 发 其 主 程 序 流 程 图 如 图 所 示 系 统 软 件 设 计 包 括 初 始 化 CO 2 浓 度 检 测 LCD 1602 显 示 模 块 温 湿 度检测 光照检测 PM 2 5 检测 本系统通 过各类传 感器的数 据 采集 这些数 据经单 片机处 理后发 送到 LCD 1602 液晶屏 上显示 收 集 的 数 据 如 果 收 集 的 参 数 没 有 在 规 定 范 围 内 则 执 行 系 统 就会丢弃这次数据采集 大致软件流程图如图 6 图 6 软件流程图 4 结束语 本 系 运 用 STC 89 C 52RC 单 片 机 技 术 其 主 要 功能是检 测影响大 棚农作物 的环境因 素温度 光 强 CO 2 浓 度 等 并 且 第 一 时 间 实 时 显 示 可 控 大 棚 管 理 人 员 了 解 大 棚 当 前 情 况 和 对 以 后 蔬 菜 的 生 长 做 好 预 估 性 打 算 极 大 地 提 高 农 作 物 生 长 管 理效率并 节约人力 财力资源 浪费 本系统仅 对如 何采集大 棚数据这 一普遍的 需求进行 表述 如何 控制环境因素的变化有待进一步说明 参考文献 1 禹 利 华 ABB ACS 800 变 频 器 在 低 压 变 频 电 机 和永磁风 力发电机 试验台上 的应用 J 中国新 技术新产品 2016 4 15 下转第 230 页 图 4 主要部分原理图 227 本栏目责任编辑 梁 书 计算机工程应用技术 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 电脑知识 与技术 第 16 卷第 4 期 2020 年 2 月 第 16 卷第 4 期 2020 年 2 月 图 5 执行电路 2 系统软件设计 本 设 计 确 定 60 分 钟 启 动 一 次 程 序 全 天 候 监 控 记 录 该 系 统 由 测 量 数 据 处 理 中 央 处 理 器 和 执 行 输 出 3 个 模 块 组 成 具体流程如图 6 所示 图 6 软件系统设计流程 2 1 测量和数据处理模块 首 先 A D 转 换 器 进 行 初 始 化 将 单 片 机 的 P 2 0 P 2 1 P 2 2 口 置 1 然 后 进 行 模 数 转 换 为 了 使 转 换 在 一 个 周 期 内 顺 利 完 成 这 里 用 软 件 实 现 时 钟 控 制 这 样 就 不 会 出 现 由 于 硬 件 不 同 步 而 出 现 误 读 现 象 三 种 信 号 并 行 读 取 一 周 期 内 完 成 在 读 取 数 据 时 要 有 一 定 的 时 间 延 迟 本 设 计 为 10 s 以 确 保 读 取 正确的数据 2 2 中央处理器模块和执行输出模块 这 个 模 块 主 要 包 括 单 片 机 对 A D 转 换 模 块 的 控 制 和 对 数 据 处 理 单 片 机 对 A D 的 模 拟 清 零 通 道 选 取 地 址 写 入 和 控 制 模 数 转 换 步 骤 再 将 读 取 值 与 预 先 设 定 的 标 准 值 进 行 比 较 读 取值超出规定值时发出相关的执行指令 6 3 结束语 农 作 物 生 长 信 息 采 集 管 理 系 统 采 用 模 块 化 设 计 思 路 可 以 很 方 便 地 对 系 统 进 行 拆 分 单 独 对 每 个 信 息 量 进 行 管 理 也 可 以 对 设 计 进 行 扩 展 增 加 测 控 量 设 计 电 路 简 单 实 用 采 用 常 用 的 芯 片 成 本 低 执 行 采 用 继 电 器 开 关 可 以 控 制 各 种 样 式 的 电 气 设 备 运 行 稳 定 可 靠 系 统 参 数 方 便 修 改 测 量 范 围 宽 精 确度高 参考文献 1 孙 余 凯 吴 鸣 山 项 绮 明 传 感 器 应 用 电 路 300 例 M 北 京 电 子工业出版社 2008 76 77 2 何 道 清 传 感 器 与 传 感 器 技 术 M 北 京 科 学 出 版 社 2006 214 229 3 高 晓 蓉 传 感 器 技 术 M 成 都 西 南 交 通 大 学 出 版 社 2003 136 146 4 朱 宇 光 单 片 机 应 用 新 技 术 教 程 M 北 京 电 子 工 业 出 版 社 2000 28 123 5 姜 武 中 单 片 机 原 理 与 接 口 技 术 M 北 京 大 连 理 工 大 学 出 版社 2002 203 219 6 赵 秀 珍 单 永 磊 单 片 微 型 计 算 机 原 理 及 应 用 M 北 京 中 国 水利水电出版社 2001 156 159 通联编辑 梁书 上接第 227 页 2 王 冬 梅 基 于 单 片 机 的 温 室 大 棚 智 能 监 控 系 统 设 计 J 内 燃 机与配件 2017 6 6 8 3 史 坚 青 ABB 中 压 变 频 器 在 煤 矿 主 斜 井 皮 带 机 上 的 应 用 J 机械管理开发 2016 31 8 102 103 126 4 张 文 乐 杨 晶 晶 钟 林 强 基 于 STM 32 温 室 大 棚 气 象 数 据 采 集 器的设计 J 机电工程技术 2019 48 1 69 71 151 5 韩 力 英 杨 宜 菩 王 杨 等 基 于 单 片 机 的 温 室 大 棚 智 能 监 控 系 统设计 J 中国农机化学报 2016 37 1 65 68 72 6 漳州宏达信息技术服务中心 89 S52 的 LCD 1602 程序设计 S 通联编辑 梁书 230