【正文】 he 1602, and through the serial cable munication will signals to from the machine. The host to finish the numerical precast and alarm circuit module function, and from the plete collection of machine numerical display and heating and fan, sprinkler irrigation and irrigation and fluorescent lamp control functions. In this paper the design greenhouse canopy control system, 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 德州學(xué)院 物理系 2021 屆 電子信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 致 謝 在論文完成之際，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師張秀梅的熱情關(guān)懷和悉心指導(dǎo)。本系統(tǒng)是本著在不影響功能實(shí)現(xiàn)的前提條件下盡可能降低生產(chǎn)成本的宗旨，以 AT89S52 為核心，以 PID 控制為主要控制方式，以檢測(cè)并調(diào)節(jié)空氣溫濕度、土壤濕度、 CO2 濃度和光照度為主要目的的測(cè)控系統(tǒng)。 系統(tǒng)下位機(jī)主程序流程圖設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)軟件下位機(jī)程序主要由下位機(jī)各數(shù)據(jù)測(cè)控、上位機(jī)與下位機(jī)通訊、報(bào)警等程序組成。 (3) 算式中不需要累加。 增量 )(ku? ，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的是控制量的增量時(shí)，應(yīng)采用增量式 PID 控制。在計(jì)算機(jī) PID 控制中，使用的是數(shù)字 PID 控制器。 從頻域分析的角度講，微分作用等效于一個(gè)高通濾波器，即有可能在控制 輸出中引入較強(qiáng)的高頻噪聲，這是實(shí)際控制所不希望的。 C 微分作用 微分作用通常與比例作用或積分作用聯(lián)合作用，構(gòu)成 PD 控制或者 PID 控制。 B 積分作用 積分作用的引入，主要是 為了保證被控量在穩(wěn)態(tài)時(shí)對(duì)設(shè)定值的無(wú)靜差跟蹤，它對(duì)系統(tǒng)的性能影響可以體現(xiàn)在以下兩方面： (1) 對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響 積分作用通常使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。 (1) 對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響 比例控制參數(shù) Kc 凡加大，使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，速度加快， Kc 偏 大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)。作為一種線性控制器，它根據(jù)給定值和實(shí)際輸出值構(gòu)成控制偏差，將偏差按比例、積分和微分通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，故稱(chēng)控制器。 德州學(xué)院 物理系 2021 屆 電子信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 D1T1AC 220VC222200UC232200UC242200UC21IN1OUT2GND3U107805IN1OUT2GND3U87812IN1OUT2OUT3U97905C19C200,1U+12V+5V5V 圖 電源電路圖 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 根據(jù)空氣溫濕度、土壤濕度、二氧化碳濃度、光照度等數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和農(nóng)作物的生長(zhǎng)特點(diǎn)，本系統(tǒng)對(duì)溫室的空氣溫度、光照度進(jìn)行 PID 算法控制。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。單片機(jī)和上位機(jī)之間的通信必須用 RS232/RS485 轉(zhuǎn)換器 EM485B 將電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換。主機(jī)與從機(jī)之間無(wú)線通信連接電路圖見(jiàn)附錄 1。 nRF905 詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 主機(jī)與從機(jī)之間的無(wú)線通信 主要是 主機(jī)把 采集到的空氣溫濕度、土壤濕度、二氧化碳濃度以及光強(qiáng)照度的 數(shù)據(jù) 通過(guò)一對(duì)配置的 nRF905 無(wú)線收發(fā)模塊 發(fā)送到從機(jī) ， 從機(jī)接收數(shù)據(jù)并 控制加熱系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、滴灌系統(tǒng)、補(bǔ)光系統(tǒng)以及報(bào)警子系統(tǒng)的運(yùn)行 。由單片機(jī) I/O 口輸出信號(hào)控制晶體管的導(dǎo)通或截止，晶體管導(dǎo)通，則蜂鳴器報(bào)警。 (3)體積 小，質(zhì)量輕。 其主要性能參數(shù) [9]如下所示 : (1)檢測(cè)范圍： 03000PPM； (2)精度： 03000PPM， 1050℃ ； 德州學(xué)院 物理系 2021 屆 電子信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 (3)響應(yīng)時(shí)間：小于 30 秒 (080%)，數(shù)據(jù)更新時(shí)間 :2 秒； (4)預(yù)熱； 90 秒 (25℃ )； (5)輸出：模擬： 03V； 數(shù)字 UART： 默認(rèn)波特率 9600bps； (6)輸入電壓： DC7V12V； 該模塊具有模 擬量輸出和數(shù)字量輸出兩種方式，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用的是數(shù)字通信方式，該傳感器的數(shù)字輸出腳直連到單片機(jī)的 RXD 管腳上。當(dāng)光強(qiáng)度超過(guò)用戶(hù)編程設(shè)置的上或下閾值時(shí) 器件會(huì)輸出一個(gè)中斷信號(hào)。 腳 2，器件訪問(wèn)地址選擇引腳。 FDS100 型土壤水分傳感器經(jīng)過(guò) LM358 經(jīng)信號(hào)放大輸送至單片機(jī) P0 口，電路如圖 所示。 (3) 外部以 環(huán)氧樹(shù)脂純膠體封裝，密封性 好，可直接埋入土壤中使用，且不受腐蝕。 如圖 ， SHT10數(shù) 字式溫濕度傳感器來(lái)檢測(cè)溫室大棚中空氣的溫濕度，并將檢測(cè)到的信號(hào) 傳送給單片機(jī)的 P0 口，讓單片機(jī)處理。其特點(diǎn)：溫濕度傳感器、 信號(hào)放大、 A/D 轉(zhuǎn)換、 I2C 總線接口全部集成于一個(gè)芯片上 (CMOSens 技術(shù) )；全校準(zhǔn)相對(duì)濕度及溫度值輸出；具有露點(diǎn)值計(jì)算輸出功能；免外圍元件；卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性；測(cè)量精度高，濕度的精度為 177。 (2) 在外部結(jié)構(gòu)上 ， AT89S52 單片機(jī)和 MCS51 系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)相同，有三種封裝 形式，分別是 PDIP 形式，為 40 針腳； PLCC 形式，為 44 針腳； TAFP形式，也為 44 針腳 [5]。 (1) 標(biāo)準(zhǔn)功能： 8K 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門(mén)狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路 [4]。 控制 器 模塊 本設(shè)計(jì)的 控制 器 模塊選用 AT89S52，它是一種低功耗、高性能 CMOS 8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。 方案一使用 TSL2561 光強(qiáng)傳感器變送器檢測(cè)溫室大棚內(nèi)的光強(qiáng)照度，方案二的 濕度和光強(qiáng)利用 MSP430 內(nèi)部 A/D 通過(guò) ～ 的 4 個(gè)端口進(jìn)行多通道序列采集，方案三使用 GZD01 型光照度感應(yīng)探頭。 方案一使用 FDS100型土壤水分傳感器檢測(cè)土壤中水分的含量，方案二的 濕度和光強(qiáng)利用 MSP430內(nèi)部 A/D通過(guò) ～ 4個(gè)端口進(jìn)行多通道序列采集，方案三 濕度傳感器 SHT11測(cè)量濕度。 圖 系統(tǒng)框 圖 MSP430主控制器 溫度傳感器 濕度傳感器 二氧化碳傳感器 光敏傳感器 鍵盤(pán)輸入 液晶屏動(dòng)態(tài)顯示 風(fēng)扇 噴淋子系統(tǒng) 采光子系統(tǒng) 照明子系統(tǒng) 二氧化碳添加子系統(tǒng) AT89C51 單片機(jī) LCD 顯示 數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 鍵 盤(pán)電路 TC35i 模塊 溫度傳感器 濕度傳感器 光照傳感器 二氧化碳傳感器 A/D變換 德州學(xué)院 物理系 2021 屆 電子信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 方案 比較 方案一使用的控制器為 AT89S52單片機(jī) ，方案二使用的控制器為 MSP430單片機(jī)，方案三使用的控制器為 AT89C51單片機(jī)，沒(méi)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。 系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 。 圖 系統(tǒng)框圖 方案二：本溫室大棚控制系統(tǒng)采用 MSP430為主控制器用來(lái)總體協(xié)調(diào)控制整個(gè)系統(tǒng)，對(duì)內(nèi)部 A/D采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，與內(nèi)部設(shè)定的數(shù)據(jù)庫(kù)比較，根據(jù)設(shè)定 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(bào)警系統(tǒng) 空氣溫濕度傳感器 信號(hào)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) LCD 顯示系統(tǒng) 主機(jī)AT89S52 無(wú)線通信模塊 德州學(xué)院 物理系 2021 屆 電子信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 的各參數(shù)發(fā)出指令控制采光、照明、二氧化碳添加、噴淋子系統(tǒng)，來(lái)改變大棚內(nèi)部的環(huán)境，利用 MSP430來(lái)驅(qū)動(dòng)液晶屏，實(shí)時(shí)地顯示大棚內(nèi)外的各環(huán)境參數(shù)。數(shù)據(jù)采集部分使用AT89S52 單片機(jī)，將隨被測(cè) 各項(xiàng)數(shù)據(jù) 變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，將被測(cè) 各項(xiàng)數(shù)據(jù) 顯示出來(lái)。在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程中，從 作物播種、生長(zhǎng)，德州學(xué)院 物理系 2021 屆 電子信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 到收獲、加工及檢測(cè)分析整個(gè)過(guò)程中都離不開(kāi)傳感器的應(yīng)用，幾乎覆蓋了農(nóng)業(yè)工程的全部范圍，有力地支撐了智能農(nóng)業(yè)的技術(shù)體系。 物聯(lián)網(wǎng)是基于傳感器技術(shù)的新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，大量的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成了一張張功能各異的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)各種傳感器采集與作物生產(chǎn)有關(guān)的各種生產(chǎn)信息和環(huán)境參數(shù)，可以幫助農(nóng)民及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，準(zhǔn)確地捕捉發(fā)生問(wèn)題的位置，對(duì)耕作、播種、施肥、灌溉等田間作業(yè)進(jìn)行數(shù)字化控制，使農(nóng)業(yè)投入品的資源利用精準(zhǔn)化、效率最大化 [2]。 本文設(shè)計(jì)的溫室大棚控制系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)采集控制溫室內(nèi)的空氣溫濕度、土壤濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度等環(huán)境參數(shù)，以直觀的數(shù)據(jù)顯示給用戶(hù)，并可以根據(jù)種植作物的需求提供報(bào)警信息。主機(jī)完成 各項(xiàng)數(shù)值 預(yù)制和 報(bào)警電路模塊功能，從機(jī)完成 采集數(shù) 值的 顯示及 加熱爐和風(fēng)機(jī)、噴灌和滲灌和熒光燈的 控制 功能。簡(jiǎn)單的說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)是物物相連的網(wǎng)絡(luò)，在整個(gè)信息采集、傳遞、計(jì)算的過(guò)程中無(wú)需人的參與交互。 根據(jù)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的研究結(jié)果表明，建立溫室可以建立適合植物生長(zhǎng)的生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)作物的高產(chǎn)、高效。 方案論 述 方案一： 本 溫室大棚控制 系統(tǒng)以 AT89S52 單片機(jī)為核心 ， 采用加熱爐和風(fēng)機(jī)、噴灌和滲灌和熒光燈 ， 分別為溫室大棚進(jìn)行加熱、增加空氣濕度、灌溉、增加二氧化碳濃度、人工補(bǔ)光 ； 采 用 SHT10 數(shù)字式溫濕度傳感器、 FDS100 型土壤水分傳感器 、 SH300DH 二氧化碳 傳感器 和 TSL2561 光強(qiáng)傳感器 分別檢測(cè)溫室大棚的空氣溫濕度、土壤濕度、二氧化碳濃度、光照度。 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖 ， 如圖 所示 。 采用TGS4160固態(tài)電化學(xué)型二氧化碳傳感器檢測(cè)溫室大棚中二氧化碳的濃度。采用液晶顯示器 (LCD)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，系統(tǒng)框圖如圖 。與方案二和方案三的溫度傳感器相比 SHT10數(shù)字式溫濕度 傳感器不需外圍元件，直接輸出經(jīng)過(guò)標(biāo)定了的相對(duì)濕度、溫度的數(shù)字信號(hào)，無(wú)需經(jīng)過(guò) AD轉(zhuǎn)換，連接簡(jiǎn)單， 可以有效地解決傳統(tǒng)溫、濕度傳感器的不足。與方案二和方案三相比較， SH300DH二氧化碳傳感器具有對(duì)二氧化碳靈敏度高、受溫濕度環(huán)境影響小、穩(wěn)定性好、使用方便、成本低等特點(diǎn)。 德州學(xué)院 物理系 2021 屆 電子信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 溫室大棚控制系統(tǒng)硬件部分 主要由控制器模塊，電源電路模塊，空氣溫濕度測(cè)量電路模塊，土壤濕度測(cè)量電路模塊，光強(qiáng)測(cè)量電路模塊 、二氧化碳濃度測(cè)量電路模塊，顯示電路模塊，報(bào)警電路模塊、通信電路模塊、控制電路模塊組成。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。掉電保護(hù)方式下 ， RAM 內(nèi)容被保存 ， 振蕩器被凍結(jié) ， 單片機(jī)一切工作停止 ， 直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 SHT10 數(shù)字式溫濕度傳感器是由 Sensirion 公司推出的一種可以同時(shí)測(cè)量濕度、溫度的傳感器，不需外圍元件直