【正文】 stem, can collect realtime control of the air temperature and humidity in greenhouse, soil humidity, light intensity, the concentration of carbon dioxide and other environmental parameters to intuitive data shows to the user, and may, according to the demand of planting crops provide alarm information. Keywords AT89S52； SHT10； FDS100； SH300DH； TSL2561 3 1 緒論 隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展，人們已經(jīng)不再滿足于人一與人之間的通信方式以及需要人參與交互的通 信方式，一種更加智能、更加便捷的通信方式為人們所期待。 無線傳感網(wǎng)絡(luò) 由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的微型傳感器節(jié)點通過無線通信形成的一個多跳自組織的網(wǎng)絡(luò)，其主要目的是采集與處理該網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)監(jiān)測參數(shù)的信息 [3]?；谝陨险J(rèn)識，本論文設(shè)計出一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室大棚控制系統(tǒng)。 主機(jī)將采集到 數(shù) 值在 液晶 1602上顯示出來，并通過 無線 通信 模塊 nRF905 將信號傳到從機(jī)。本系統(tǒng)采用兩塊 TMP275 溫度傳感器，來采集大棚內(nèi)外的溫度值。 從機(jī)AT89S52 加熱系統(tǒng) 通風(fēng)系統(tǒng) 滲灌系統(tǒng) 補(bǔ)光系統(tǒng) 報警系統(tǒng) 空氣溫濕度傳感器 信號放大電路 土壤水分傳感器 光強(qiáng)傳感器 二氧化碳傳感器 MAX485 上位機(jī) MSP430主控制器 溫度傳感器 濕度傳感器 二氧化碳傳感器 液晶屏動態(tài)顯示 風(fēng)扇 噴淋子系統(tǒng) LCD 顯示系統(tǒng) 主機(jī)AT89S52 無線通信模塊 5 圖 系統(tǒng)框圖 方案三：本溫室大棚控制系統(tǒng)的核心采用 AT89C51單片機(jī)；溫度傳感器采用改進(jìn)型智能傳感器 DS18B20；智能濕度傳感器采用 SHT11；光照度傳感器采用GZD01型光照度感應(yīng)探頭； CO2傳感器選用紅外線氣敏傳感器。與方案二和方案三的單片機(jī)相比較， AT89S52單片機(jī) 功耗低，性能高而且成本不高，并且完全能夠滿足本方案的需求。與方案二和方案三相比較，方案一的 FDS100型土壤水分傳感器是專業(yè)檢測土壤水 分的傳感器，檢測精度高，能直接穩(wěn)定地反應(yīng)各種土壤的真實水分含量，密封性好，可長期埋入土壤中使用，且不受腐蝕。與方案二與方案三相比較，方案一的 TSL2561 光強(qiáng)傳感器采用先進(jìn)的電路模塊技術(shù)開發(fā)變送器，體積小、安裝方便、線性度好、傳輸距離長、抗干擾能力強(qiáng)。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。其中，常用的為 PDIP 形式，如圖 所示。3. 5， 溫度的精度為 177。 GND1DATA2SCK3VDD4NC5NC6NC7NC8U7SHT10(T2)1(T2EX)2345(MOSI)6(MOSO)7(SCK)8RST9(RXD)10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119GND20(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE(PRCG)30EA/VPP31(AD7)32(AD6)33(AD5)34(AD4)35(AD3)36(AD2)37(AD1)38(AD0)39VCC40U1AT89S521KR4GNDVCCVCCGNDVCC 圖 SHT10 數(shù)字式溫濕度傳感器連接 電路圖 土壤濕度測量電路 模塊 本設(shè)計選擇 FDS100 型土壤水分傳感器檢測土壤中水分的含量。 (4) 土質(zhì)影響較小， 應(yīng)用地區(qū)廣泛 。 (T2)1(T2EX)2345(MOSI)6(MOSO)7(SCK)8RST9(RXD)10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119GND20(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE(PRCG)30EA/VPP31(AD7)32(AD6)33(AD5)34(AD4)35(AD3)36(AD2)37(AD1)38(AD0)39VCC40U1AT89S52VDD1VOUT2GND3U11FDS100+U10LM358GNDVCC10KR740KR8GND+5GNDVCCGND 圖 FDS100 型土壤水分傳感器連接 電路圖 光強(qiáng)測量電路 模 塊 本設(shè)計選擇 TSL2561 光強(qiáng)傳感器檢測溫室大棚的光照度。由于該引腳電平不同，該器件有 3 個不同的訪問地址。 10 TSL2561 光強(qiáng)度數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片與單片機(jī) P0 相接，電路原理圖如圖 所示。電路圖如圖 所示。 (4)功耗低，耗電量比其他顯示器件小得多。當(dāng)某個監(jiān)控參數(shù)長時間 (具體時間由程序設(shè)定 )超出其合理的上下限范圍時，報警系統(tǒng)啟動。 nRF905 是挪威 Nordic 公司推出的單片射頻發(fā)射器芯片，工作電壓為 ~， 32 引腳 QFN 封裝（ 5mm 5mm），工作于 433/868/915MHz3 個 ISM頻道。 nRF905 結(jié)構(gòu)圖 主機(jī)與從機(jī)之間的通信通過無線收發(fā)模塊實現(xiàn)。 本系統(tǒng)的單片機(jī)與上位機(jī)之間的串口通訊采用符合 RS485 電氣標(biāo)準(zhǔn)的MAX485 芯片。MAX485 與單片機(jī)連接電路，如圖 所示。如圖 所示，從機(jī)從主機(jī)接受指令控制繼電器的開關(guān)，從而使各類執(zhí)行器件起到對溫室 15 環(huán)境調(diào)節(jié)的作用。兩者的數(shù)據(jù)先被傳感器采集，經(jīng)過信號處理，存入 AT89S52 的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器，與設(shè)定值進(jìn)行比較，經(jīng)過 PID 算法得到控制量并由單片機(jī)輸出去控制加熱爐、補(bǔ)光光源。 在連續(xù)控制系統(tǒng)中， PID 控制器的輸出 u(t)與輸入 e(t)之間成比例、積分、微分的關(guān)系。當(dāng) Kc 太大時，系統(tǒng)會趨于不穩(wěn)定，若 Kc 太小，又會使系統(tǒng)的動作緩慢。如果積分時間 Ti 太小系統(tǒng)將不穩(wěn)定，Ti 偏小，振蕩次數(shù)較多 ； 如果 Ti 太大，對系統(tǒng)性能的影響減少，當(dāng) Ti 合適時，過渡特性比較理想。 微分作用的引入，主要是為了改善閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)特性，如使超調(diào)量較小，調(diào)節(jié)時間縮短，允許加大比例控制，使穩(wěn)態(tài)誤差減小，提高控制精度。 在現(xiàn)代由于計算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域，用數(shù)字計算機(jī)代替模擬計算機(jī)調(diào)節(jié)器組成計算機(jī)控制系統(tǒng)，用軟件實現(xiàn) PID 控制算法，而且可以利用計算機(jī)的邏輯功能，使 PID 控制更加靈活。目前有位置式 PID 控制算法以及增量式 PID 控制算法 [12]。根據(jù)遞推原理可得 T kekekTjekkekku dkjip )2()1()()1()1( 10 ???????? ??? () 用式 ()減式 ()，可得增量式 PID 控制算法 19 T kekekekTkekkekekku dip )2()1(2)()())1()(()( ?????????? () 式 ()稱為增量式 PID 控制算法，將其進(jìn)一步可改寫為 )2()1()()( 210 ?????? keakeakeaku () 式中， )1(0 TTTTka dip ???， )21(1 idp TTka ??，idp TTka ?2 增量式控制雖然只是算法上作了一點改進(jìn)，卻帶來了不少的優(yōu)點 [14]： (1) 由于計算機(jī)輸出增量，所以誤動作時影響小，必要時可用邏輯判斷的方法去掉。控制增量 u(k)的確定，僅與最近 k 次的采樣值有關(guān)， 所以較容易通過加權(quán)處理而獲得比較好的控制效果。下位機(jī)主程序流程圖，如圖 所示。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對溫室大棚參數(shù)信息的實時檢測和調(diào)整并報警，并且通過無線傳輸模塊 nRF905 將采集信息傳送給控制主機(jī)，再結(jié)合有線技術(shù)傳送給上位機(jī)，將無線技術(shù)和有線技術(shù)結(jié)合起來，實現(xiàn)遠(yuǎn)程參數(shù)的無線控制。 24 附錄 1 主機(jī)與從機(jī)無線通信模塊電路圖 (T2)1(T2EX)2345(MOSI)6(MOSO)7(SCK)8RST9(RXD)10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119GND20(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE(PRCG)30EA/VPP31(AD7)32(AD6)33(AD5)34(AD4)35(AD3)36(AD2)37(AD1)38(AD0)39VCC40U1 AT89S52VIN1VOUT2GND3U6 ASM1117VCC1TXEN2TRXCE3PWRUP4UCLK5CD6AM7DR8MISO9MOSI10SCK11CSN12GND13GND14ANT115ANT216VDDPA17IREF18U3 nRF905+5GNDGNDGNDC1 10uf C2 10ufGNDC4 20pfC7 190pfC6 C8 C9 C5 C3 20pf22KR1GNDGNDGND GND天線(T2)1(T2EX)2345(MOSI)6(MOSO)7(SCK)8RST9(RXD)10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119GND20(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE(PRCG)30EA/VPP31(AD7)32(AD6)33(AD5)34(AD4)35(AD3)36(AD2)37(AD1)38(AD0)39VCC40U2 AT89S52VIN1VOUT2GND3U5ASM1117VCC1TXEN2TRXCE3PWRUP4UCLK5CD6AM7DR8MISO9MOSI10SCK11CSN12GND13GND14ANT115ANT216VDDPA17IREF18U4 nRF905+5GNDGNDGNDC11 10ufC10 10ufGNDC13 20pfC15 190pfC18 C12 C14 20pf22KR2GNDGNDGNDGND天線G