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        基于STC12C5A60S2的無線智能種苗場監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2017-05-06 19:23:56楊思學(xué)田穎
        關(guān)鍵詞:種苗云端溫濕度

        楊思學(xué)+田穎

        【摘要】為了解決監(jiān)控種苗場的溫度、濕度、光照等耗功耗時(shí)問題,特設(shè)計(jì)一種基于STC12C5A60S2單片機(jī)的無線智能種苗場監(jiān)控系統(tǒng),便于集中監(jiān)控苗場的實(shí)時(shí)情況。該系統(tǒng)以STC12C5A60S2單片機(jī)為控制核心,將溫濕度、光照傳感器實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,每隔2 min通過GPRS上報(bào)到云端,同時(shí)在云端進(jìn)行設(shè)置監(jiān)控閾值,當(dāng)數(shù)據(jù)達(dá)到閾值時(shí)進(jìn)行報(bào)警。系統(tǒng)安裝簡單,自動(dòng)化程度高,能滿足對種苗場溫濕度控制的要求。

        年來,我國設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展,但種植業(yè)的智能化研發(fā)與應(yīng)用還有待發(fā)展和推進(jìn)。當(dāng)種苗場進(jìn)行集中育苗,且幼苗對溫濕度及光照環(huán)境要求較高時(shí),需要實(shí)時(shí)對溫室內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測。傳統(tǒng)監(jiān)測方法一般是在溫室中懸掛溫度計(jì)和濕度計(jì),并進(jìn)行人工讀數(shù)。在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn),人工讀取溫濕度計(jì)的示數(shù),不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低下,且所得示數(shù)的精確度不高。

        為解決上述問題,筆者設(shè)計(jì)了一種無線智能種苗場監(jiān)測系統(tǒng),此系統(tǒng)以STC12C5A60S2單片機(jī)為控制核心,利用DHT12傳感器采集溫濕度,BH1750傳感器采集光照值,并實(shí)時(shí)上報(bào)至云端。用戶可以隨時(shí)通過手機(jī)或者電腦獲取溫室內(nèi)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

        系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

        該系統(tǒng)由雙串口的STC12C5A60S2單片機(jī)、DHT12溫濕度傳感器、BH1750光照傳感器、HMI串行人機(jī)接口和SIM800 GPRS模塊組成,單片機(jī)通過I/O端口讀取溫濕度傳感器和光照傳感器的數(shù)據(jù),然后單片機(jī)的串口1實(shí)時(shí)向HMI人機(jī)接口發(fā)送刷新命令,在溫室內(nèi)的人員可以通過顯示屏讀取數(shù)據(jù)示數(shù)。每隔2 min單片機(jī)的串口2向GPRS模塊發(fā)送Socket通信指令,將讀取的數(shù)據(jù)上傳至云端。同時(shí),在云端的數(shù)據(jù)庫中,用戶可以設(shè)置相關(guān)閾值,如果達(dá)到了設(shè)定閾值要求,云端向SIM800模塊發(fā)送指令,SIM800通過GSM向用戶的預(yù)留手機(jī)發(fā)送短信報(bào)警。

        系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

        主控制模塊

        STC12C5A60S2單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心控制單元,主要用來接收各個(gè)模塊的數(shù)據(jù),協(xié)調(diào)各個(gè)模塊互相工作。STC12C5A60S2是一種低電壓、高性能的國產(chǎn)8位單片機(jī)。它有32個(gè)準(zhǔn)雙向I/O端口,2個(gè)16位可編程定時(shí)器,2個(gè)全雙工串行通信口,器件兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)。此款單片機(jī)將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起,特別是可以反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器有效地降低開發(fā)成本。因此,此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用了這款單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心控制單元。

        溫濕度傳感器

        DHT12數(shù)字式溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合型傳感器,為DHT11的升級產(chǎn)品。DHT12具有單總線和標(biāo)準(zhǔn)I2C兩種通訊,且單總線通訊方式完全兼容DHT11。相對濕度的量程范圍為20%~95%,在室內(nèi)相對濕度為40%~80%的環(huán)境下誤差最小。相對溫度的量程范圍為-20~60℃,在室內(nèi)溫度為-10~30℃環(huán)境下誤差最小。

        串行HMI人機(jī)接口

        智能串口屏通過上位機(jī)設(shè)計(jì)界面,可以設(shè)計(jì)彩色的背景、文本框、按鈕等。在上位機(jī)設(shè)計(jì)好后下載到顯示屏,上電后即可顯示,通過單片機(jī)對其進(jìn)行指令操作即可改變文本框的值,當(dāng)按下按鈕時(shí)會(huì)通過串口向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。操作簡單且交互效果好。

        SIM800A模塊

        SIM800A模塊的工作頻段為GSM 900/

        1800 MHz??梢詫?shí)現(xiàn)電話語音、SMS(短信、彩信)、GPRS數(shù)據(jù)傳輸功能(支持透傳模式、域名解析和IP模式),用單片機(jī)的串口向其發(fā)送指令,即可實(shí)現(xiàn)對外撥打電話、發(fā)送短信、通過GPRS連接因特網(wǎng)等功能。

        系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

        本系統(tǒng)軟件部分由負(fù)責(zé)采集傳感器的51單片機(jī)程序、負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)接收和處理的云端服務(wù)程序組成。單片機(jī)上電后,程序依次對各個(gè)傳感器和定時(shí)器進(jìn)行初始化,定時(shí)器開始計(jì)時(shí),到達(dá)預(yù)設(shè)時(shí)間時(shí),單片機(jī)自動(dòng)讀取傳感器數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)上傳至云端(圖1)。云端上位機(jī)運(yùn)行后對數(shù)據(jù)庫和套接字進(jìn)行初始化,當(dāng)套接字接收到數(shù)據(jù)時(shí),對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析,并分別插入對應(yīng)的數(shù)據(jù)表內(nèi)(圖2)。

        51單片機(jī)程序

        在系統(tǒng)硬件的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)51單片機(jī)程序,通過I/O的控制可以讀取各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù),通過串口通信進(jìn)行HMI人機(jī)接口的數(shù)據(jù)輸出和GPRS的數(shù)據(jù)發(fā)送。

        服務(wù)器接收程序

        Socket處理程序 單片機(jī)向GPRS模塊發(fā)送指令,通過Socket連接服務(wù)器。每一組數(shù)據(jù)都包含一定的標(biāo)識(shí)符,該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式為:溫度#濕度#光照。當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器后,服務(wù)器上運(yùn)行的C#編寫的上位機(jī)程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行解析,并添加到MySQL數(shù)據(jù)庫中。

        網(wǎng)頁顯示程序 該系統(tǒng)通過PHP+HTML語言設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)頁,調(diào)用ECharts控件對數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線顯示。通過HTML實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁的框架設(shè)計(jì),用PHP從MySQL數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù),并且將數(shù)據(jù)賦值給網(wǎng)頁中的表格和ECharts圖表,便于幫助用戶直觀的記錄和了解數(shù)據(jù)參數(shù),省去數(shù)據(jù)處理的麻煩,可以很好地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

        實(shí)地測驗(yàn)

        為了驗(yàn)證產(chǎn)品(圖3)的工作效果,于2016年7~9月在石家莊市某種苗場進(jìn)行實(shí)地測試。日光溫室內(nèi)的平均氣溫為28℃,最大濕度為70%,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中斷導(dǎo)致數(shù)據(jù)上傳失敗時(shí),服務(wù)器端會(huì)主動(dòng)與單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信,單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行重新啟動(dòng)。整套設(shè)備懸掛于溫室中3個(gè)月,由于測量數(shù)據(jù)眾多,截取9月11日12:00~9月12日12:00系統(tǒng)測得的溫度和濕度的數(shù)據(jù)見圖4~5。分析可知,該系統(tǒng)工作穩(wěn)定,所得數(shù)據(jù)可以合理的反映溫室環(huán)境參數(shù)的變化情況。

        結(jié)束語

        經(jīng)過實(shí)地考察,發(fā)現(xiàn)目前現(xiàn)有的種苗場的自動(dòng)化程度很低,大多數(shù)種苗場仍在使用原始的溫、濕度計(jì),即使現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)也大多需要PC機(jī)進(jìn)行指標(biāo)讀取。本系統(tǒng)通過單片機(jī)控制,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),并且隨時(shí)通過手機(jī)的GPRS信號將數(shù)據(jù)上傳到云端。該產(chǎn)品成本低,效果好,對于提高經(jīng)濟(jì)效益、種苗的自動(dòng)化發(fā)展具有重要意義。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 陳少珊,任亞東,劉偉丁.一套倉庫溫濕度采集監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及建立[J].化工管理,2015(28):222-224.

        [2] 張明杰.基于AT89C2051單片機(jī)的大氣溫度采集和記錄系統(tǒng)[J].微處理機(jī),2010(02):121-123.

        [3] 陳思.基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)[J].信息與電腦(理論版),2010(04):47.

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