【正文】 ....... 8 167。 S3C2440A 的中斷系統(tǒng) ............................................................................ 9 167。 傳感器的對(duì)比與選擇 ............................................................................ 10 167。 傳感器 引腳說(shuō)明及數(shù)據(jù)傳輸 ............................................................... 16 167。 P35 屏引腳說(shuō)明 ...................................................................................... 21 167。 MCU 外圍電路設(shè)計(jì) ....................................................................................... 23 167。 485 通信接口設(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。 軟件流程分析 ................................................................................................ 27 167。 數(shù)據(jù)采集模塊程序設(shè)計(jì) ....................................................................... 27 167。 執(zhí)行模塊 及報(bào)警模塊 程序設(shè)計(jì) ........................................................... 30 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試 ..................................................................................................... 32 167。 硬件調(diào)試 ................................................................................................. 32 167。 軟 硬件關(guān)聯(lián)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)。 眾所周知環(huán)境無(wú)疑是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最大因素，但在自然狀態(tài)下人們很難干預(yù)環(huán)境對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 的影響，因此溫室大棚應(yīng)運(yùn)而生。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。這種方法不但耗時(shí)耗力，并且效率很低 ，很難達(dá)到實(shí)時(shí) 監(jiān)測(cè) 的要求。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。 就技術(shù)層面而言本 系統(tǒng)主要包括環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊 、數(shù)碼顯示模塊、 報(bào)警模塊 、數(shù)據(jù)傳輸電路 以及執(zhí)行調(diào)節(jié)電路 。 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) 。 智 能農(nóng)業(yè) 監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 的概念 智能農(nóng)業(yè) 監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 是溫室大棚內(nèi)一套對(duì)內(nèi)部作物生長(zhǎng)環(huán)境能夠?qū)崟r(shí) 監(jiān)測(cè) ，并且實(shí)時(shí)控制的系統(tǒng)。 167。該 監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 不但可以 監(jiān)測(cè) 作物生長(zhǎng)環(huán)境指標(biāo)，還可以通過(guò)對(duì)傳感器采集過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)刻做出合理的反饋控制，進(jìn)而達(dá)到對(duì)溫室大棚內(nèi)環(huán)境的調(diào)節(jié)功能。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。 167。但由于我 國(guó)在該領(lǐng)域的研究起步時(shí)間太晚 ， 缺乏配套的技術(shù)與設(shè)備 ，使得 我國(guó)在環(huán)境 監(jiān)測(cè) 領(lǐng)域能力低 ， 現(xiàn)代化農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)能力有限。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。 適合 在普通農(nóng)民用戶中 進(jìn)行推廣，為我國(guó)普通農(nóng)民大眾帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益 。 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(kāi)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?，F(xiàn)在最前沿的溫室 監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 為 以 計(jì)算機(jī) 數(shù)據(jù)采集 控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)的多 因子綜合控制系統(tǒng) [1]。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。 功能要求 （ 1） 系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)溫室大棚內(nèi)的溫室度 、光照強(qiáng)度、 CO?濃度、煙霧濃度達(dá)到實(shí)時(shí) 監(jiān)測(cè) 。 （ 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。 167。 2℃ 濕度 20％～ 90％ RH 177。 50Lx MH410D5 CO? 0～ 10000ppm 177。 5％ LEL 167。圖 21 表述了智能 農(nóng)業(yè) 監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 的硬件結(jié)構(gòu)原理圖。 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。 2. 傳感器 傳感器是一種 檢測(cè)裝置， 它 能 夠 接收 到被測(cè)量的信息，并 且 能夠?qū)⒔邮盏降男畔?，按照一定的?guī)律轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)或其他形式信息傳輸出去，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信息的傳送、處理、儲(chǔ)存、顯示、控制等需求 。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 。本智能農(nóng)業(yè) 監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 所選的 顯示模塊為 P35 觸摸屏，它不但負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)顯示的任務(wù)同時(shí)還承擔(dān)著 “ 按鍵 ” 的責(zé)任，屏幕上會(huì)呈現(xiàn)四個(gè) “ 虛擬按鍵 ” 分別負(fù)責(zé)對(duì)溫度、濕度、 CO?濃度、光照強(qiáng)度的調(diào)節(jié)。 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 。 智能 農(nóng)業(yè) 監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 的軟件設(shè)計(jì)方案 智能 農(nóng)業(yè) 監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 的硬件電 路確定以后， 軟件負(fù)責(zé)整個(gè) 系統(tǒng)的 主要功能實(shí)現(xiàn) 。 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。在此基礎(chǔ)上畫 出軟件 設(shè)計(jì)的基本框架圖 、 主 程序流程圖。 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。 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 。 實(shí)現(xiàn)了 MMU 與 AMBA 總線以及哈佛結(jié)構(gòu)的高速緩沖體系，具備獨(dú)特 16Kb 的高速指令緩存和數(shù)據(jù)緩存，使得它的性能非常出眾 [4]。 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。C 總線接口（支持多主機(jī)） ● 1 個(gè) I178。 S3C2440A 的 PWM 定時(shí)器 S3C2440A 有 5 個(gè) 16 位定時(shí)器。定時(shí)器 4 為內(nèi)部定時(shí)器沒(méi)有輸出引腳 。 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。每個(gè)定時(shí)器模塊都是從 相應(yīng) 預(yù)分頻器中的時(shí)鐘分頻器來(lái)得到 自己的時(shí)鐘信號(hào)。 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(kāi)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） 。 每個(gè)定時(shí)器都有自己獨(dú)立的 16 位遞減計(jì)數(shù)器用于定時(shí)。 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。 定時(shí)器不占用系統(tǒng)時(shí)間，從這 點(diǎn) 可以看出定時(shí)器是一個(gè)具有高效效率的組件。 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)。 S3C2440A 芯片中包含 60 個(gè)中斷源 ，其中包括 36 個(gè)內(nèi)部中斷源和 24 個(gè)外部中斷源（ EINTn） 。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。當(dāng) 中斷請(qǐng)求引腳收到中斷請(qǐng)求信號(hào)時(shí)， 中斷控制器在仲裁步驟后 再 請(qǐng)求內(nèi)核的 FIQ 或 IRQ。 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。 傳感器的對(duì)比與選擇 1. 溫濕度傳感器 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 在本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)之初，對(duì)溫濕度傳感器的選擇有兩種方案，一種是使用DS18B20 和 CHR01 濕敏電阻 兩種傳感器組合 ，對(duì)于該組合來(lái)說(shuō)，其中的DS18B20 作為一線連接數(shù)字溫度傳感器擁有十分突出的優(yōu)點(diǎn)。 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。 5%RH， 響應(yīng)時(shí)間 ≤ 12s， 濕度漂移 (/年 ) 177。 另一種方案是 直接采用 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器。 2℃ 和 177。分辨率：濕度 1%RH、溫度 1℃ ，濕度漂移： ＜ 177。轉(zhuǎn)換延時(shí)小于5s，一般通電后僅需等待 1s 左右，并且它采用單總線輸出使用方便，可直接與高性能單片機(jī)相連。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。它具有高速度 、低功耗、寬量程、可編程靈活配置等優(yōu)點(diǎn)，并且它集光照強(qiáng)度采集與積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器于一體，可將光敏電流直接轉(zhuǎn)化為一個(gè)數(shù)字輸出，采用 I178。 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 。 而紅外 吸收 型 CO?傳感器具有寬范圍、靈敏度高、響應(yīng)速度 快、選 擇性能好、穩(wěn) 定性強(qiáng)等特點(diǎn)， 所以本智能農(nóng)業(yè) 監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 采用紅外 吸收 型 CO?傳感器 MH410D5。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)。 167。 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。 5%RH 分辨率 濕度 1%RH，溫度 1℃ 濕度漂移 ＜ 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。 2. TSL2561 TSL2561 是 TAOS 公司推出的一款高速 度、低功耗、寬量程、可編程靈活配置的光照強(qiáng)度數(shù)字傳感器 。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。其基本參數(shù)如表 33 所示 ： 表 33 MH410D5 技術(shù)參數(shù) 工作 電壓 ～ DC 工作電流 75～ 85mA 測(cè)量范圍 0～ 5%vo