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        基于ATMEG16控制的溫室智能溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)與仿真

        2014-10-21 02:57:06劉德全
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2014年31期

        摘 要:文章提出了基于ATMEGA16嵌入式微控制器單片機(jī)作為上位機(jī)和美國(guó)DALLAS公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20構(gòu)成溫室溫度采集系統(tǒng),該電路統(tǒng)特點(diǎn)是溫度采集精度高,電路成本低、功耗小。在實(shí)際溫室推廣應(yīng)用中,該系統(tǒng)穩(wěn)定性很高,能夠滿實(shí)現(xiàn)溫室溫度實(shí)時(shí)采集和顯示。

        關(guān)鍵詞:智能溫室;ATMEGA16;DS18B20

        1 概述

        隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)設(shè)施越來越受重視。美國(guó)在1982~1984年開始了首次研究。隨著電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展,以通訊技術(shù)、“3S”系統(tǒng)為代表的高科技設(shè)備從試驗(yàn)至普及也在迅速擴(kuò)大,1994年美國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)作業(yè)面積達(dá)到41萬公頃,而1998年猛增到1000多萬公頃,1999年僅占全美3%的農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力生產(chǎn)了供全國(guó)人口消費(fèi)的低價(jià)食品,并出口了占美國(guó)出口總額的20%左右的農(nóng)產(chǎn)品[1]。

        歐洲各國(guó)也相繼開展了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的研究與實(shí)踐,法國(guó)的聯(lián)合收獲機(jī)產(chǎn)量圖生成及質(zhì)量測(cè)定、施肥機(jī)械和電子化植保機(jī)械利用GPS 和GIS 系統(tǒng)進(jìn)行變量作業(yè)已成為現(xiàn)實(shí),并開始投入使用[2]。

        日本東京農(nóng)工大學(xué)農(nóng)學(xué)部以附屬試驗(yàn)場(chǎng)為基地,針對(duì)小規(guī)模田地,對(duì)土壤參數(shù)的空間差異性和時(shí)間差異性進(jìn)行了研究,在大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,討論了土壤肥沃度參數(shù)(如NO32N、EC和pH)的時(shí)空變動(dòng)情況,并初步確定了日本精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的主要發(fā)展階段。日本政府還專門啟動(dòng)了“21 世紀(jì)農(nóng)業(yè)機(jī)械緊急開發(fā)課題”的研究,也將精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的相關(guān)技術(shù)列入計(jì)劃[3]。

        我國(guó)也非常重視現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)設(shè)施的研發(fā)和應(yīng)用,如北京、上海、天津、西安等發(fā)達(dá)地區(qū)都相距建了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科教創(chuàng)新基地[4-5]。國(guó)內(nèi)也有好多學(xué)者提出了多種農(nóng)業(yè)信息采集的硬件設(shè)計(jì)和軟件算法[6-13]。

        2 電路設(shè)計(jì)

        2.1 溫度傳感器電路

        溫度傳感主要實(shí)現(xiàn)土壤溫度的采集,這里選取美國(guó)DALLAS公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20,其主要特點(diǎn)是,首先采用單總線接口,即1-Wire接口。其次具有很強(qiáng)的抗干擾性,可適用于環(huán)境惡劣的現(xiàn)場(chǎng)。最后就是DS18B20供電方式靈活,可以不外接電源,具有掉電保護(hù)等功能。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示[14-17]。DS18B20有三個(gè)功能引腳,其中DQ是雙向單總線數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳,GND為地信號(hào),VDD為可選的外部電源引腳[18]。

        4 結(jié)束語

        電路在英國(guó)Labcenter公司的EDA平臺(tái)-Proteus環(huán)境中進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)和虛擬仿真,實(shí)現(xiàn)了DS18B20傳感的溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、顯示功能。通過示波器觀察了DS18B20的“1-Wire”總線通信協(xié)議,與理論相符合,證明電路設(shè)計(jì)是合理、成功的。

        參考文獻(xiàn)

        [1]徐可英.國(guó)內(nèi)外精確農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與對(duì)策[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃,2000,21(2) :52-54.

        [2]張曉輝,李汝莘.法國(guó)的精確農(nóng)業(yè)研究及應(yīng)用現(xiàn)狀[J].農(nóng)機(jī)化研究,2002(1):12-15.

        [3]楊印生,吳才聰,馮傳平.日本精確農(nóng)業(yè)的研究現(xiàn)狀[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2001,32(2) :105-107 .

        [4]馬享優(yōu),宋治文,王建春,等.天津設(shè)施農(nóng)業(yè)中病蟲害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)專家系統(tǒng)應(yīng)用分析[J].天津農(nóng)業(yè)科學(xué),2010(4):117-119.

        [5]閻曉軍,王維瑞,梁健平,等.北京市設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式構(gòu)建[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2012(4):149-154.

        [6]涂川川,朱鳳武,李鐵.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器在溫室溫度控制中的研究[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化,2012(2):151-154+144.

        [7]彭波,文方.CAN總線網(wǎng)絡(luò)在溫室溫度檢測(cè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2013,26(2):1-3.

        [8]李永博,孫國(guó)祥,樓恩平,等.基于CFD模型的溫度溫室對(duì)指標(biāo)GA優(yōu)化控制[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2013,44(3):187-191.

        [9]黃霞.基于FPGA的智能溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].武漢理工大學(xué),2012,6.

        [10]張李偉.基于Zigbee的溫室溫度檢測(cè)系統(tǒng)[J].信號(hào)與系統(tǒng),2012(08):31-33.

        [11]楊樂,舒建文,盛立冉.基于現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的煙葉溫室溫度控制模型[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2013,32(6):16-17+70.

        [12]張軍,張侃諭.溫室溫度控制系統(tǒng)不確定性與干擾的灰色預(yù)測(cè)補(bǔ)償算法[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2013,29(10):225-233.

        [13]岳云峰,李懷盛,馬春光,等.單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20數(shù)據(jù)校驗(yàn)與糾錯(cuò)[J].傳感技術(shù),2002,21(7).

        [14]劉德全.Proteus 8-電子線路設(shè)計(jì)與仿真[M].北京:清華大學(xué)出版社,2014.

        [15]徐愛軍.單片機(jī)原理實(shí)用教程-基于Proteus虛擬仿真(第二版)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2012.

        [16]周景潤(rùn),張麗娜.基于Proteus的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005.

        [17]趙健領(lǐng),薛圓圓.51單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)詳解[M].北京:電子工業(yè)出版社,2010.

        [18]Dallas SEMICONDUCTOR.DS18B20 Programmable Resolution 1-Wire Digital Thermometer[Z].

        作者簡(jiǎn)介:劉德全(1977,2-),男,碩士,講師,寧夏師范學(xué)院物理與信息技術(shù)學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教研室主任,研究方向?yàn)樾盘?hào)與信息處理。endprint

        摘 要:文章提出了基于ATMEGA16嵌入式微控制器單片機(jī)作為上位機(jī)和美國(guó)DALLAS公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20構(gòu)成溫室溫度采集系統(tǒng),該電路統(tǒng)特點(diǎn)是溫度采集精度高,電路成本低、功耗小。在實(shí)際溫室推廣應(yīng)用中,該系統(tǒng)穩(wěn)定性很高,能夠滿實(shí)現(xiàn)溫室溫度實(shí)時(shí)采集和顯示。

        關(guān)鍵詞:智能溫室;ATMEGA16;DS18B20

        1 概述

        隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)設(shè)施越來越受重視。美國(guó)在1982~1984年開始了首次研究。隨著電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展,以通訊技術(shù)、“3S”系統(tǒng)為代表的高科技設(shè)備從試驗(yàn)至普及也在迅速擴(kuò)大,1994年美國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)作業(yè)面積達(dá)到41萬公頃,而1998年猛增到1000多萬公頃,1999年僅占全美3%的農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力生產(chǎn)了供全國(guó)人口消費(fèi)的低價(jià)食品,并出口了占美國(guó)出口總額的20%左右的農(nóng)產(chǎn)品[1]。

        歐洲各國(guó)也相繼開展了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的研究與實(shí)踐,法國(guó)的聯(lián)合收獲機(jī)產(chǎn)量圖生成及質(zhì)量測(cè)定、施肥機(jī)械和電子化植保機(jī)械利用GPS 和GIS 系統(tǒng)進(jìn)行變量作業(yè)已成為現(xiàn)實(shí),并開始投入使用[2]。

        日本東京農(nóng)工大學(xué)農(nóng)學(xué)部以附屬試驗(yàn)場(chǎng)為基地,針對(duì)小規(guī)模田地,對(duì)土壤參數(shù)的空間差異性和時(shí)間差異性進(jìn)行了研究,在大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,討論了土壤肥沃度參數(shù)(如NO32N、EC和pH)的時(shí)空變動(dòng)情況,并初步確定了日本精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的主要發(fā)展階段。日本政府還專門啟動(dòng)了“21 世紀(jì)農(nóng)業(yè)機(jī)械緊急開發(fā)課題”的研究,也將精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的相關(guān)技術(shù)列入計(jì)劃[3]。

        我國(guó)也非常重視現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)設(shè)施的研發(fā)和應(yīng)用,如北京、上海、天津、西安等發(fā)達(dá)地區(qū)都相距建了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科教創(chuàng)新基地[4-5]。國(guó)內(nèi)也有好多學(xué)者提出了多種農(nóng)業(yè)信息采集的硬件設(shè)計(jì)和軟件算法[6-13]。

        2 電路設(shè)計(jì)

        2.1 溫度傳感器電路

        溫度傳感主要實(shí)現(xiàn)土壤溫度的采集,這里選取美國(guó)DALLAS公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20,其主要特點(diǎn)是,首先采用單總線接口,即1-Wire接口。其次具有很強(qiáng)的抗干擾性,可適用于環(huán)境惡劣的現(xiàn)場(chǎng)。最后就是DS18B20供電方式靈活,可以不外接電源,具有掉電保護(hù)等功能。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示[14-17]。DS18B20有三個(gè)功能引腳,其中DQ是雙向單總線數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳,GND為地信號(hào),VDD為可選的外部電源引腳[18]。

        4 結(jié)束語

        電路在英國(guó)Labcenter公司的EDA平臺(tái)-Proteus環(huán)境中進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)和虛擬仿真,實(shí)現(xiàn)了DS18B20傳感的溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、顯示功能。通過示波器觀察了DS18B20的“1-Wire”總線通信協(xié)議,與理論相符合,證明電路設(shè)計(jì)是合理、成功的。

        參考文獻(xiàn)

        [1]徐可英.國(guó)內(nèi)外精確農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與對(duì)策[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃,2000,21(2) :52-54.

        [2]張曉輝,李汝莘.法國(guó)的精確農(nóng)業(yè)研究及應(yīng)用現(xiàn)狀[J].農(nóng)機(jī)化研究,2002(1):12-15.

        [3]楊印生,吳才聰,馮傳平.日本精確農(nóng)業(yè)的研究現(xiàn)狀[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2001,32(2) :105-107 .

        [4]馬享優(yōu),宋治文,王建春,等.天津設(shè)施農(nóng)業(yè)中病蟲害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)專家系統(tǒng)應(yīng)用分析[J].天津農(nóng)業(yè)科學(xué),2010(4):117-119.

        [5]閻曉軍,王維瑞,梁健平,等.北京市設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式構(gòu)建[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2012(4):149-154.

        [6]涂川川,朱鳳武,李鐵.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器在溫室溫度控制中的研究[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化,2012(2):151-154+144.

        [7]彭波,文方.CAN總線網(wǎng)絡(luò)在溫室溫度檢測(cè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2013,26(2):1-3.

        [8]李永博,孫國(guó)祥,樓恩平,等.基于CFD模型的溫度溫室對(duì)指標(biāo)GA優(yōu)化控制[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2013,44(3):187-191.

        [9]黃霞.基于FPGA的智能溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].武漢理工大學(xué),2012,6.

        [10]張李偉.基于Zigbee的溫室溫度檢測(cè)系統(tǒng)[J].信號(hào)與系統(tǒng),2012(08):31-33.

        [11]楊樂,舒建文,盛立冉.基于現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的煙葉溫室溫度控制模型[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2013,32(6):16-17+70.

        [12]張軍,張侃諭.溫室溫度控制系統(tǒng)不確定性與干擾的灰色預(yù)測(cè)補(bǔ)償算法[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2013,29(10):225-233.

        [13]岳云峰,李懷盛,馬春光,等.單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20數(shù)據(jù)校驗(yàn)與糾錯(cuò)[J].傳感技術(shù),2002,21(7).

        [14]劉德全.Proteus 8-電子線路設(shè)計(jì)與仿真[M].北京:清華大學(xué)出版社,2014.

        [15]徐愛軍.單片機(jī)原理實(shí)用教程-基于Proteus虛擬仿真(第二版)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2012.

        [16]周景潤(rùn),張麗娜.基于Proteus的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005.

        [17]趙健領(lǐng),薛圓圓.51單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)詳解[M].北京:電子工業(yè)出版社,2010.

        [18]Dallas SEMICONDUCTOR.DS18B20 Programmable Resolution 1-Wire Digital Thermometer[Z].

        作者簡(jiǎn)介:劉德全(1977,2-),男,碩士,講師,寧夏師范學(xué)院物理與信息技術(shù)學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教研室主任,研究方向?yàn)樾盘?hào)與信息處理。endprint

        摘 要:文章提出了基于ATMEGA16嵌入式微控制器單片機(jī)作為上位機(jī)和美國(guó)DALLAS公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20構(gòu)成溫室溫度采集系統(tǒng),該電路統(tǒng)特點(diǎn)是溫度采集精度高,電路成本低、功耗小。在實(shí)際溫室推廣應(yīng)用中,該系統(tǒng)穩(wěn)定性很高,能夠滿實(shí)現(xiàn)溫室溫度實(shí)時(shí)采集和顯示。

        關(guān)鍵詞:智能溫室;ATMEGA16;DS18B20

        1 概述

        隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)設(shè)施越來越受重視。美國(guó)在1982~1984年開始了首次研究。隨著電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展,以通訊技術(shù)、“3S”系統(tǒng)為代表的高科技設(shè)備從試驗(yàn)至普及也在迅速擴(kuò)大,1994年美國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)作業(yè)面積達(dá)到41萬公頃,而1998年猛增到1000多萬公頃,1999年僅占全美3%的農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力生產(chǎn)了供全國(guó)人口消費(fèi)的低價(jià)食品,并出口了占美國(guó)出口總額的20%左右的農(nóng)產(chǎn)品[1]。

        歐洲各國(guó)也相繼開展了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的研究與實(shí)踐,法國(guó)的聯(lián)合收獲機(jī)產(chǎn)量圖生成及質(zhì)量測(cè)定、施肥機(jī)械和電子化植保機(jī)械利用GPS 和GIS 系統(tǒng)進(jìn)行變量作業(yè)已成為現(xiàn)實(shí),并開始投入使用[2]。

        日本東京農(nóng)工大學(xué)農(nóng)學(xué)部以附屬試驗(yàn)場(chǎng)為基地,針對(duì)小規(guī)模田地,對(duì)土壤參數(shù)的空間差異性和時(shí)間差異性進(jìn)行了研究,在大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,討論了土壤肥沃度參數(shù)(如NO32N、EC和pH)的時(shí)空變動(dòng)情況,并初步確定了日本精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的主要發(fā)展階段。日本政府還專門啟動(dòng)了“21 世紀(jì)農(nóng)業(yè)機(jī)械緊急開發(fā)課題”的研究,也將精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的相關(guān)技術(shù)列入計(jì)劃[3]。

        我國(guó)也非常重視現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)設(shè)施的研發(fā)和應(yīng)用,如北京、上海、天津、西安等發(fā)達(dá)地區(qū)都相距建了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科教創(chuàng)新基地[4-5]。國(guó)內(nèi)也有好多學(xué)者提出了多種農(nóng)業(yè)信息采集的硬件設(shè)計(jì)和軟件算法[6-13]。

        2 電路設(shè)計(jì)

        2.1 溫度傳感器電路

        溫度傳感主要實(shí)現(xiàn)土壤溫度的采集,這里選取美國(guó)DALLAS公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20,其主要特點(diǎn)是,首先采用單總線接口,即1-Wire接口。其次具有很強(qiáng)的抗干擾性,可適用于環(huán)境惡劣的現(xiàn)場(chǎng)。最后就是DS18B20供電方式靈活,可以不外接電源,具有掉電保護(hù)等功能。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示[14-17]。DS18B20有三個(gè)功能引腳,其中DQ是雙向單總線數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳,GND為地信號(hào),VDD為可選的外部電源引腳[18]。

        4 結(jié)束語

        電路在英國(guó)Labcenter公司的EDA平臺(tái)-Proteus環(huán)境中進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)和虛擬仿真,實(shí)現(xiàn)了DS18B20傳感的溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、顯示功能。通過示波器觀察了DS18B20的“1-Wire”總線通信協(xié)議,與理論相符合,證明電路設(shè)計(jì)是合理、成功的。

        參考文獻(xiàn)

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        作者簡(jiǎn)介:劉德全(1977,2-),男,碩士,講師,寧夏師范學(xué)院物理與信息技術(shù)學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教研室主任,研究方向?yàn)樾盘?hào)與信息處理。endprint

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