劉曉春 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院

溫室監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉曉春 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院

本設(shè)計(jì)是一套以單片機(jī)為前端控制器,以PC機(jī)為遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)，并集成了WIFI模塊智能溫室控制系統(tǒng)?？蓪?shí)現(xiàn)溫度、濕度、光照等的檢測(cè)，并將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳送到PC機(jī)。可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)通過(guò)按鍵控制通風(fēng)設(shè)備、采光設(shè)備、噴灑設(shè)備工作，也可通過(guò)上位機(jī)控制，亦可通過(guò)WiFi模塊利用手機(jī)對(duì)各設(shè)備進(jìn)行控制。整個(gè)系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單方便，經(jīng)濟(jì)適用，接線靈活。

單片機(jī)；監(jiān)控；數(shù)據(jù)采集；wifi

引言

目前很多溫室監(jiān)控系統(tǒng)大多采用PLC和現(xiàn)場(chǎng)總線控制，這些存在的缺點(diǎn)是操作不方便、接線不靈活和成本高。針對(duì)這些缺點(diǎn)我們?cè)O(shè)計(jì)了以單片機(jī)為控制核心，配以WiFi模塊、RS-232通訊接口，現(xiàn)場(chǎng)配備溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器等，測(cè)得的信息實(shí)時(shí)顯示并可通過(guò)通訊接口將數(shù)據(jù)定時(shí)傳給PC機(jī)，供用戶分析。依據(jù)這些數(shù)據(jù)可通過(guò)上位機(jī)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)、采光系統(tǒng)、噴灑系統(tǒng)進(jìn)行控制。也可利用WiFi模塊通過(guò)手機(jī)上的操作界面進(jìn)行控制?，F(xiàn)場(chǎng)也設(shè)計(jì)了通風(fēng)控制按鍵、采光控制按鍵和水泵控制按鍵，操作簡(jiǎn)單靈活方便。

1.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用上、下位機(jī)控制方案 , 上位機(jī)為系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控PC機(jī)和人人都有的手機(jī) , 上位 PC 機(jī)可以管理多個(gè)前端控制器，它是整個(gè)控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控中心 。采用可視化編程語(yǔ)言C#設(shè)計(jì)的上位機(jī)系統(tǒng)軟件, PC機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)了環(huán)境參數(shù)知識(shí)庫(kù)以及多種典型作物的專家知識(shí)庫(kù)，應(yīng)用預(yù)測(cè)理論,將現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)與知識(shí)庫(kù)中標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，得出控制信號(hào)，通過(guò)串口發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)控制器，來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，完成對(duì)大棚內(nèi)溫度、濕度、采光度等參數(shù)的自動(dòng)控制。上位機(jī)手機(jī)采用Java語(yǔ)言開(kāi)發(fā)控制軟件，通過(guò)wifi模塊與下位機(jī)進(jìn)行及通訊。以便用戶在巡視大棚農(nóng)作物時(shí)，隨時(shí)控制通風(fēng)設(shè)備、采光設(shè)備、噴灑設(shè)備工作。操作簡(jiǎn)單方便。 PC上位機(jī)與下位機(jī)通信采用 RS-232 串口。手機(jī)與下位機(jī)通訊通過(guò)WIFI模塊。下位機(jī) , 也就是前端控制器 , 放置于大棚內(nèi) , 主要完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和預(yù)處理，配備上顯示器件，實(shí)時(shí)顯示環(huán)境參數(shù)。

2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

依據(jù)要求，整個(gè)系統(tǒng)硬件主要分為以下幾個(gè)模塊：如圖1：

2.1 主控模塊

STC15F2K60S2系列單片機(jī)是STC生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，共8通道10位高速ADC3路PWM還可當(dāng)3路D/A使用,共3通道捕獲/比較單元(CCP/PWM/PCA) ,兩組高速異步串行通信端口(可同時(shí)使用), 可編程時(shí)鐘輸出功能, 硬件看門(mén)狗看門(mén)狗(WDT)等特點(diǎn)。

2.2 溫濕度采集模塊

溫濕度采集模塊采用DHT11，是一款有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度傳感器。 精度濕度±5%RH， 溫度±2℃，量程濕度20-90%RH， 溫度0～50℃。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。產(chǎn)品為4針單排引腳封裝，連接方便。

2.3 光照采集模塊

On9658是可見(jiàn)光照度傳感器，是一個(gè)光電集成傳感器，典型入射波長(zhǎng)為λp=520nm，內(nèi)置雙敏感元接收器，可見(jiàn)光范圍內(nèi)高度敏感，輸出電流隨照度呈線性變化。

2.4 wifi模塊

wifi模塊選用ESP8266，是一款超低功耗的UART-WiFi透?jìng)髂K，擁有業(yè)內(nèi)極富競(jìng)爭(zhēng)力的封裝尺寸和超低能耗技術(shù)，專為移動(dòng)設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計(jì)，可將用戶的物理設(shè)備連接到Wi-Fi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上，進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)通信，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。

2.5 顯示模塊

顯示模塊選用Nokia5110液晶顯示屏，它是一款比較經(jīng)典機(jī)型，具有性價(jià)比高，可顯示15個(gè)漢字， 30個(gè)字符；接口只需要4根I/O線；速度快；工作電壓為3.3V；具有掉電模式。

2.6 串口通訊模塊

串口通訊模塊主要完成單片機(jī)與PC機(jī)之間的通訊，單片機(jī)與PC機(jī)之間通過(guò)MAX232芯片完成電平轉(zhuǎn)換。

3.系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件部分主要包含了上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件，其中上位機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的管理核心，采用C#軟件編譯PC機(jī)內(nèi)上位機(jī)程序，管理控制界面如圖2，利用java語(yǔ)言編寫(xiě)手機(jī)內(nèi)的上位機(jī)程序?？刂乒芾斫缑嫒鐖D3。

[1]張建鋒，何東健，韓 敏，張 靜. 溫室監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[N]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào). 2005年10月

[2]林開(kāi)顏，周強(qiáng)吳，軍輝，司慧萍，陳杰. 溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)通信技術(shù)綜述[J]. 軟件產(chǎn)業(yè)與工程.2014

[3]劉萬(wàn)輝，楊曄.基于Android系統(tǒng)的溫室智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)[A].軟件工程.2013

[4]王金環(huán). 基于單片機(jī)的溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[A].硅谷。2014

圖1 溫度控制系統(tǒng)硬件圖

圖2：溫室控制體統(tǒng)上位機(jī)界面程序（PC機(jī)）

圖3：手機(jī)控制管理界面