劉清華,劉 釗,王 蕾,王承林,袁澤宇
(1邢臺學(xué)院,河北邢臺 054001;2河北廣播電視臺發(fā)射臺,河北石家莊 051130;3邯鄲海關(guān),河北邯鄲 056017)
如今計算機(jī)科技、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速,我們將這些技術(shù)應(yīng)用到設(shè)施城市綠化中去,來達(dá)到植物最接近理想化的生長環(huán)境。利用全自動控制系統(tǒng),模擬出最適宜的生態(tài)環(huán)境,將外界環(huán)境和氣候變化的影響降到最低?,F(xiàn)代化自動綠化控制技術(shù)將極大限度地促進(jìn)智慧城市的發(fā)展,其應(yīng)用前景十分廣闊。
系統(tǒng)利用STC15F2K60S2單片機(jī),控制實現(xiàn)不同類型植物生長所需的最科學(xué)合理的環(huán)境,并且可以通過各類傳感器對植物生長環(huán)境因子進(jìn)行實時監(jiān)測采集和調(diào)整,以達(dá)到合理控制、科學(xué)生長和節(jié)約用水的目的。利用程序可以對單片機(jī)控制來實現(xiàn)按需灌溉的功能,按照植物的需求來實現(xiàn)灌溉系統(tǒng)的通斷以及灌溉時間的控制,達(dá)到節(jié)水和科學(xué)生長的目的,最大限度地節(jié)約資源,提高精確度和安全性,達(dá)到科學(xué)準(zhǔn)確的要求。
本系統(tǒng)以STC15F2K60S2單片機(jī)作為主控制芯片,通過土壤、空氣溫濕度等多個傳感器采集數(shù)據(jù)到單片機(jī)進(jìn)行處理,通過光敏傳感器和LCD12864液晶屏配合進(jìn)行顯示,執(zhí)行部分采用繼電器和電磁閥等進(jìn)行控制,利用無線模塊來達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的,同時通過光敏傳感器來實現(xiàn)對于光照系統(tǒng)的控制,系統(tǒng)整體硬件框圖如圖1所示。
硬件電路以STC15F2K61S2單片機(jī)為核心,系統(tǒng)輸入由各類采集傳感器信號處理電路組成,顯示部分由光敏傳感器與顯示器組成,通信部分由ESP8266無線模塊實現(xiàn),輸出控制由繼電器以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。
圖1 系統(tǒng)整體硬件框圖
系統(tǒng)設(shè)計將STC15F2K60S2芯片作為系統(tǒng)的中央處理器,具體引腳配置如表1所示。
表1 STC15F2K60S2引腳配置
系統(tǒng)采用LCD12864型液晶屏實現(xiàn)系統(tǒng)的人機(jī)交互功能,LCD12864電路原理圖如圖2所示,該液晶屏在本系統(tǒng)與單片機(jī)的P4.1~P4.4、P0.0~P0.7接口相連接。
為了方便用戶的實際使用,本系統(tǒng)加入了遠(yuǎn)程無線控制模塊,可以通過遠(yuǎn)程控制來監(jiān)測大棚內(nèi)的各項數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采用ESP8266模塊作為通信模塊,ESP8266模塊實物圖如圖3所示。
ESP8266模塊與單片機(jī)P3.0、P3.1連接,ESP8266是遠(yuǎn)程控制的核心器件,ESP8266模塊電路連接圖如圖4所示。
圖2 LCD12864電路原理圖
圖3 ESP8266實物圖
圖4 ESP8266電路圖
土壤濕度傳感器采集的模擬信號將通過單片機(jī)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號,并將該信號通過P2.0接口送到繼電器控制三極管基極。電路圖如圖5所示。
圖5 繼電器控制電路
由于系統(tǒng)選用的主控制器是單片機(jī),單片機(jī)軟件主要包括主程序、A/D采樣子程序(濕度傳感器采樣,溫度傳感器采樣)、鍵盤設(shè)定參數(shù)和顯示等子程序,下面將逐個介紹相關(guān)程序的設(shè)計實現(xiàn)方法。
通過對傳感器輸入的模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換、處理分析并與預(yù)設(shè)參數(shù)限值進(jìn)行比較給予判斷,滿足一定條件則執(zhí)行相應(yīng)控制功能。然后再次進(jìn)行檢測,執(zhí)行,再次修正,形成一個閉環(huán)反饋,來維持整個大棚內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定,傳感控制程序流程圖如圖6所示。
圖6 系統(tǒng)程序流程圖
系統(tǒng)執(zhí)行部分主要是通過單片機(jī)接受檢測信號之后打開相應(yīng)的繼電器控制單元,然后對應(yīng)的執(zhí)行系統(tǒng)開始動作,傳感部分同時對環(huán)境進(jìn)行檢測,當(dāng)環(huán)境達(dá)到要求的時候關(guān)閉繼電器控制單元,執(zhí)行系統(tǒng)停止動作。
表2 土壤濕度測試數(shù)據(jù)
分析:經(jīng)過多次重復(fù)性試驗的實驗數(shù)據(jù)分析可知:當(dāng)土壤濕度呈線性變化時,傳感器輸出電壓同樣為接近線性的曲線,波動在±0.1V范圍內(nèi),該系統(tǒng)可測得基本的土壤濕度以完成項目要求。
結(jié)論:通過對多個模塊以及機(jī)構(gòu)的整合,基本達(dá)到預(yù)期的功能,實現(xiàn)綠化的自動控制,環(huán)境可以自動進(jìn)行調(diào)整。保證植物始終生長在適宜環(huán)境中。設(shè)計從實際的應(yīng)用出發(fā),目的在于建立一套完整的遠(yuǎn)程綠化智能控制系統(tǒng),特別是加入無線通信部分,可以同時對多個系統(tǒng)在線進(jìn)行遠(yuǎn)程控制管理,方便使用者的統(tǒng)一管理,解放勞動力,提高了工作效率。