【正文】 .......................................... 2 167。 智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究意義 .................................................................... 3 167。 技術(shù)指標(biāo) ................................................................................................... 4 167。 S3C2440A 簡(jiǎn)介 ......................................................................................... 7 167。 S3C2440A 的中斷系統(tǒng) ............................................................................ 9 167。 傳感器 引腳說(shuō)明及數(shù)據(jù)傳輸 ............................................................... 16 167。 MCU 外圍電路設(shè)計(jì) ....................................................................................... 23 167。 執(zhí)行控制電路設(shè)計(jì) ................................................................................ 25 第 4 章 智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ...................................................................... 26 167。 數(shù)據(jù)采集模塊程序設(shè)計(jì) ....................................................................... 27 167。 硬件調(diào)試 ................................................................................................. 32 167。并且我國(guó)雖有廣闊的疆域，但大部分地區(qū)并不適合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。但溫室大棚之所以能夠有效的控制農(nóng)作物生 長(zhǎng) 環(huán)境，就是依賴于它對(duì)內(nèi)部 環(huán)境的實(shí)時(shí) 監(jiān)測(cè) ，可是先進(jìn) 監(jiān)測(cè) 技術(shù)投入成本 高，操 作技術(shù)復(fù)雜，對(duì)操作人員的素質(zhì)要求很高，使得這種先進(jìn)的溫室種植技術(shù) 難以在普通農(nóng)民用戶中得到推廣。這些對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)最重要的環(huán)境因素只有在實(shí)時(shí)有效的 監(jiān)測(cè) 下，并且及時(shí)做出反饋調(diào)控才能 更 利于作物生長(zhǎng)提高 產(chǎn)量，從而使溫 室大棚的經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。 本課題意在打造一款 智能化程度高、可靠性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、操作簡(jiǎn)單、成本低廉適合普通農(nóng)民大眾使用的溫室大棚智能農(nóng)業(yè) 監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 。 167。整個(gè)溫室大棚內(nèi)的環(huán) 境指標(biāo)都會(huì)以數(shù)據(jù)的形式在 P35 屏上直觀的顯示出來(lái) ，用戶還可以通過(guò)屏幕上的虛擬按鍵對(duì)溫室大棚內(nèi)環(huán)境進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，例如 澆水、升溫、通風(fēng)、增強(qiáng)光照等操作。 167。如果依靠國(guó)外 進(jìn)口 的溫室設(shè)備，投資又非常巨大，并且溫室 操作 復(fù)雜，對(duì)工作 人員的素質(zhì)要求也很高， 因此 我國(guó)在 溫室環(huán)境 監(jiān)測(cè) 領(lǐng)域還有很多地方需要 提高。 農(nóng)業(yè) 監(jiān)測(cè) 系統(tǒng) 的發(fā)展歷程 與 未來(lái) 發(fā)展趨勢(shì) 從 20 世紀(jì) 70 年代 開始，人們利用 模擬式組合儀表，采集現(xiàn)場(chǎng)信息，并且 進(jìn)行指示、記錄和控制。河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第 2章 智能 農(nóng)業(yè) 監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 的總體 設(shè)計(jì)方案 167。 （ 3） 溫室大棚內(nèi)被 監(jiān)測(cè) 的環(huán)境數(shù)據(jù)要以直觀易懂的形式在 LCD 屏上顯示出來(lái)，用戶還要能夠通過(guò)屏幕上的虛擬按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室內(nèi)相關(guān)設(shè)備的控制。 2℃ 濕度 20％～ 90％ RH 177。 5％ LEL 167。 C串 行 輸 出報(bào) 警 模 塊（ 蜂 鳴 器 ）煙 霧 模 塊（ M Q 2 ）A D 輸 入 圖 21 智能 農(nóng)業(yè) 監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 結(jié)構(gòu) 圖 1. 微處理器 微處理器又稱 MCU， 它是由一片或少數(shù)幾片大規(guī)模集成電路組成 ，具有電路執(zhí)行控制 能力與算數(shù)邏輯運(yùn)算 功能，在 微型計(jì)算機(jī)中擔(dān)當(dāng)“大腦”一職。本智能農(nóng)業(yè) 監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 用到的傳感器有 DHT1 MH410DTSL256 MQ2， 作為本 監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 的 監(jiān)測(cè) 模塊， 它們分別負(fù)責(zé) 監(jiān)測(cè) 溫室大棚中的溫濕度、 CO?濃度 、光照強(qiáng)度 、煙霧與可 燃性氣體濃度 等農(nóng)作物生長(zhǎng)所必須的環(huán)境因素 和大棚內(nèi)的火災(zāi) 預(yù)警 。 5. 火災(zāi)預(yù)防 處于安全生產(chǎn)考慮本系統(tǒng)增加了火災(zāi) 預(yù)警模塊 ，該模 塊包含煙霧與可燃性氣體檢測(cè)和報(bào)警功能， MQ2 可以檢測(cè)煙霧濃度與易燃性氣體濃度 ， 當(dāng)二者濃度超過(guò)警戒值時(shí)蜂鳴器就會(huì)被拉響 。 本 系統(tǒng) 的軟件設(shè)計(jì)需要有一個(gè)細(xì)致全面的過(guò)程。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第 3章 智能農(nóng)業(yè) 監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 167。 具有 功耗 低，精簡(jiǎn)， 全靜態(tài) 特點(diǎn)，它是專門針對(duì) 成本和功率敏感型的應(yīng)用 而設(shè)計(jì)的 。 S3C2440A 的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu) S3C2440A 的內(nèi) 核 組成結(jié)構(gòu)如圖 31 所示 ： 圖 31 S3C2440A 內(nèi)核 結(jié)構(gòu)框圖 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 167。 S3C2440A 的 PWM 定時(shí)器 S3C2440A 有 5 個(gè) 16 位定時(shí)器。 定時(shí)器 0 和 1 使 用 同 一個(gè) 8 位預(yù)分頻器，定時(shí)器 4 共用另外一個(gè) 8位預(yù)分頻器。 定時(shí)器遞減初始值儲(chǔ)存在 定時(shí)計(jì)數(shù)緩沖寄存器（ TCNTBn） 中，定時(shí)器在遞減計(jì)時(shí) 開始前 還需要一個(gè)與定時(shí)器遞減初始值做比較的比較初始值，該值儲(chǔ)存在 定時(shí)比較緩沖寄存器（ TCMPBn） 中， 該值的主要用于脈寬的調(diào)制（ PWM） 。 當(dāng)一個(gè)定時(shí)任務(wù)完成后，相應(yīng)的 定時(shí)計(jì)數(shù)緩沖寄存器 （ TCNTBn） 中的初始值 會(huì)被自動(dòng)加載到遞減計(jì)數(shù)器中，繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)定時(shí)操作。 S3C2440A 的中斷系統(tǒng) S3C2440A 的中斷系統(tǒng)主要用于對(duì)溫室大棚環(huán)境的實(shí)時(shí) 監(jiān)測(cè) 過(guò)程中，對(duì)溫室環(huán)境的調(diào)節(jié)。C中斷、 2 個(gè) SPI 中斷、 1 個(gè) LCD 中斷、 1 個(gè)電池故障中斷、 1 個(gè) NANDFLASH中斷、 1 個(gè)攝像頭中斷、 1 個(gè) AC97 中斷。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 中斷處理過(guò)程如圖 32 所示 ： 圖 32 中斷處理框圖 中斷優(yōu)先級(jí)判斷 如圖 33 所示 ： 圖 33 中斷 優(yōu)先級(jí) 判斷 框圖 167。 并且可以將分辨率設(shè)定參數(shù)和溫度 閾值 存儲(chǔ)到 EEPROM 中，即使掉電也不會(huì)丟失。 另一種方案是 直接采用 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器。分辨率：濕度 1%RH、溫度 1℃ ，濕度漂移： ＜ 177。所以處于簡(jiǎn)單穩(wěn)定、成本低廉同時(shí)又滿足需求的考慮，本系統(tǒng)溫濕度傳感器選擇 DHT11。 3. 二氧化碳傳感器 目前檢測(cè) CO?濃度的傳感器主要有固體電解式 （如 TGS4160）、鈦酸鋇復(fù)合氧化物電容式、電導(dǎo)變化型厚膜式 等 。所以使用簡(jiǎn)單的電路即可使它 的電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)化為與空氣中可燃性氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。 表 31 DHT11 技術(shù)參數(shù) 供電電壓 ～ 5V DC 輸出類型 單總線串行輸出 溫度 測(cè)量 范圍 0～ 50℃ 濕度測(cè)量范圍 20～ 90%RH 溫度測(cè)量精度 177?？梢灾苯优c MCU相連，并且直接輸出數(shù)字量免除了 AD 轉(zhuǎn)換的煩惱。C 測(cè)量 范圍 1～ 70000Lx 工作溫度 30～ 70℃ 實(shí)物如圖 35 和圖 36 所示 ： 圖 35 TSL2561 圖 36 TSL2561 模塊 由于它突出的優(yōu)點(diǎn)，該傳感器被廣泛應(yīng)用于多變光照條件下的 光強(qiáng)檢測(cè)，如街道燈光照明控制、安全照明等眾多場(chǎng)合。 500ppm 長(zhǎng)期漂移 零點(diǎn) ＜177。 4. MQ2 MQ2 氣體傳感器是使用氣敏材料二氧化錫（ SnO?）制成，二氧化錫在潔凈的空氣中電導(dǎo)率較低，但其所處環(huán)境中存在如：液化氣、丙烷、氫氣、可燃蒸汽、天然氣等可燃性氣體時(shí)，它的電導(dǎo)率會(huì)隨著這些可燃性氣體在空氣中的濃度的增加而增大。 (AC or DC) Rl 負(fù)載電阻 可調(diào) Rh 加熱電阻 31Ω 177。操作流程如下： 一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為 5 字節(jié)數(shù)據(jù) ，高位先輸出。從模式下 DHT11 接收到開始信號(hào)觸發(fā)一次溫濕度采集 ，如果沒有收到主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)， DHT11 不會(huì)主動(dòng)進(jìn)行溫濕度采集，采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)化到低速模式 。訪問(wèn)地址與電平的 對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 35 所示 ： 表 35 器件訪問(wèn)地址與引腳 2 電平對(duì)應(yīng)關(guān)系 ADDR SEL 電平 I178。 引腳 5：中斷信號(hào)輸出引腳。 TSL2561 是一款數(shù)字傳感器，輸出信號(hào)復(fù)合標(biāo)準(zhǔn) I178。 其與主控連接方式如圖 312 所示 ： 圖 312 TSL2561 連接圖 數(shù)據(jù) 發(fā)送流程： 主機(jī)發(fā)送開始信號(hào) （ SCL 為高， SDA 由高拉低 ） + 8 位數(shù)據(jù)（ 前 7 位為地址，最后 1 位為 W/R（寫 /讀 ） ） + 接受從機(jī)應(yīng)答信號(hào) + 發(fā)送 8 位數(shù)據(jù)（全為數(shù)據(jù)） + 接受從機(jī)應(yīng)答信號(hào) + ?? + 停止信號(hào)。 3. MH410D5 MH410D5 有 5 個(gè)引腳 ，其引腳分布如圖 313 所示 ： 圖 313 MH410D5 引腳分布 引腳 1：信號(hào)地。 引腳 5： 串口接受引腳 RXD。 引腳 4：接地端。 觸屏顯示器 P35 本智能農(nóng)業(yè) 監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 選擇的 顯示模塊為 P35 觸摸屏， 它自身配備了觸摸轉(zhuǎn)換芯片 ADS7843 和 STC12LE4052 處理芯片， 使它能夠 集 LCD 屏觸摸屏于一身， 并且 采用一線觸控方式控制，操作簡(jiǎn)單，使用方便。 P35 屏 的 控制與配置 P35 屏的控制主要是寄存器的配置： 5 個(gè)控制寄存器 +3 個(gè)地址寄存器 LCDCON1： 關(guān) LCD 選擇 16bpp 的 tft 模式 選擇 TFT 屏 設(shè)置 vclk LCDCON2： VBPD、 LINEVAL、 VFPD、 VSPW LCDCON3： HBPD、 HOZVAL、 HFPD LCDCON4： HSPW LCDCON5： HWSWP 半字要轉(zhuǎn)換 BSWP 不用轉(zhuǎn)換 ENLEND 要有行停止 PWREN 使能 PWREN 信號(hào) 所有的都要極性翻轉(zhuǎn)； 配置成上升沿 選擇 565 格式 BPP24BL 沒有 到不用管 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 167。 其接口連線如圖 320 所 示： 圖 320 485 接口連接 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 RS232 協(xié)議的是由 TXD、 RXD 兩條線完成數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送的 。 SN75LBC184 芯片的 3 引腳是通信的使能腳，該兩腳為低電平時(shí)為收數(shù)據(jù)，高電平時(shí)為發(fā)數(shù)據(jù)。當(dāng) S3C2440A 通過(guò) AIN0 管腳輸入的模擬電壓超過(guò)預(yù)設(shè)閾值時(shí)，蜂鳴器就會(huì)報(bào)警。 LED1 代表增濕， LED2 代表升溫 /降溫（常量升溫，閃爍降溫） ， LED3 代 表增加光照，LED4 代表增加 CO?濃度 。 計(jì)算機(jī)在進(jìn)行信息處理時(shí)，都是在硬件平臺(tái)的支持下，由軟件控制完成的。 C 語(yǔ)言不但具備高級(jí)語(yǔ)言的基本結(jié)構(gòu)和語(yǔ)句，同時(shí)有擁有低級(jí)語(yǔ)言的實(shí)用性，是一款應(yīng)用非常廣泛的編程語(yǔ)言。 167。C 協(xié)議與主控進(jìn)行通信。C 協(xié)議讀取 SDA 端口數(shù)據(jù)。 顯示模塊 程序設(shè)計(jì) 顯示模塊程序設(shè)計(jì)流程如圖 47 所示。 執(zhí)行模塊 及報(bào)警模塊 程序設(shè)計(jì) 執(zhí)行模塊和報(bào)警模塊主要是對(duì) 4 個(gè) LED 燈和蜂鳴器進(jìn)行初始化及控制，當(dāng)本將控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到某項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)超標(biāo)時(shí)，點(diǎn)亮相應(yīng) LED 代表做出相關(guān)調(diào)控。 軟硬件調(diào)試 167。 軟件調(diào)試 本智能農(nóng)業(yè) 監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 以 S3C2440A 為主控芯片，首先在 MINI2440 平臺(tái)上運(yùn)行調(diào)試。 軟 硬件 關(guān) 聯(lián)調(diào) 試 當(dāng)軟件編譯無(wú)誤后，利用 JLINK 將代碼燒進(jìn)本系統(tǒng)的 SDRAM 中， 上電調(diào)試 MINI2440 開發(fā)板，查看各個(gè)模塊是否運(yùn)行正常。 功能測(cè)試 將所用調(diào)試工作完成后，利用 JFLASH 將代碼生成固件少入系統(tǒng)的Nandflash 中。河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 結(jié) 論 本 設(shè)計(jì)從 選題、論證、查閱相關(guān)資料、確定設(shè)計(jì)方案到設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)前后共歷時(shí)近兩個(gè)月，并且基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)期效果，能夠正常顯示監(jiān)測(cè) 環(huán)境中的溫度、濕度、光照強(qiáng)度、以及 CO?濃度。其次本設(shè)計(jì)雖然添加有RS485 接口電路，但沒有實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能。 Hennessy J L. Computer anization and design: The hardware/software interface. 2nd Edition, San Francisco: Man Kaufmann, 1994 [18] Clark D W.