【正文】 警并顯示異常點(diǎn)。主要完成的工作是溫度信號(hào)與濕度信號(hào)的采集 ,同時(shí)傳輸給上位機(jī)。該芯片采用的 RISC 結(jié)構(gòu) ,比相同時(shí)鐘的 51單片機(jī)執(zhí)行速度快約 12 倍。芯片還具有三個(gè)定時(shí)器其中一個(gè)帶有捕獲功能 ,兩個(gè)外部中斷。上位機(jī)與下位機(jī)通信采用的 RS485 總線形式 ,這種通信接口允許在簡(jiǎn)單的一對(duì)雙絞線 上進(jìn)行多點(diǎn)雙向通信 ,它所具有的噪聲抑制能力、數(shù)據(jù)傳輸速率、電纜長(zhǎng)度及可靠性是其他標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法比擬的。上位機(jī)每隔 10 分鐘查詢一次所有的下位機(jī) ,將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)行處理 ,排除干擾值 ,確定當(dāng)前的溫室大棚的溫度和濕度 ,同時(shí)將其顯示在 LCD 屏上。上位機(jī)除了正常的數(shù)據(jù)收集和顯示作用外 ,還可以通過(guò)按鍵進(jìn)行溫濕度的設(shè)定 ,查詢每個(gè)下位機(jī)的具體值。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 上位機(jī)軟件主要有鍵盤(pán)模塊 ,顯示模塊 ,控制決策模塊 ,通訊模塊 ,和報(bào)警模塊。顯示模塊是用于同時(shí)顯示測(cè)得的溫度值和濕度值。通訊模塊功能是與下位機(jī)經(jīng)行數(shù)據(jù)的傳輸。 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 下位機(jī)軟件主要有采集模塊 ,通訊模塊和控制模塊。通訊模塊主要完成向上位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)的工作。 誤差分析 系統(tǒng)誤差來(lái)源有兩個(gè) ,一個(gè)是系統(tǒng)硬件 ,另一個(gè)是系統(tǒng)軟件。軟件誤差主要是指異常數(shù)據(jù)的干擾和數(shù)值處理的精度。 （ 2）設(shè)計(jì)抗干擾性強(qiáng)的電路。 （ 4）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波 ,排除干擾。 本系統(tǒng)在選擇合適的器件和合理的電路同時(shí) ,在軟件上也采用了數(shù)字濾波和定點(diǎn)算法 ,減小了系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)的可靠性包括軟件的可靠性和硬件的可靠性。 軟件可靠性設(shè)計(jì) 軟件部分可靠性主要通過(guò)抗干擾設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) , 其中本系統(tǒng)中的抗干擾設(shè)計(jì)主要包括以下部分 : (1) 采用數(shù)字濾波方法來(lái)抑制輸入通道的干擾； (2)對(duì)數(shù)字輸出信號(hào)處理； (3) 對(duì)部分關(guān)鍵控制設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)； (4) 采用指令冗余、軟件陷阱、“ 看門(mén)狗” 等方法避免程序混亂。該系統(tǒng)不但能完成對(duì)溫室大棚參數(shù)實(shí)時(shí)高精度測(cè)量 ,而且能實(shí)現(xiàn)棚內(nèi)溫濕度調(diào)節(jié)、灌溉等的智能控制及報(bào)警提示 ,而且也能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)保濕、通風(fēng)和光照調(diào)節(jié)。報(bào)警通過(guò) GPRS 網(wǎng)絡(luò)以短信的方式發(fā)送到管理員的手機(jī)上 ,以便及時(shí)處理。下位機(jī)系統(tǒng)以 AVR 單片機(jī)ATmega16 為核心 ,采用數(shù)字溫濕度傳感器 SHT15 測(cè)量溫室溫度和濕度。如系統(tǒng)出現(xiàn)異常 ,則通過(guò)控制 GPRS 模塊將異常信號(hào)發(fā)送到管理員的手機(jī)上。該模塊接收 ATmega16指令信息 , 將信息傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是以數(shù)據(jù)庫(kù)的方式存儲(chǔ)的 ,以 SQL Server 2021 為數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) [3,4]。保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù) ,可以通過(guò)表格控件顯示其數(shù)據(jù) ,也可以通過(guò)圖形控件畫(huà)出用戶所需的各種曲線。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 所示。 空氣溫濕度的檢測(cè) 濕濕度的檢測(cè)即溫室內(nèi)的空氣溫度和濕度 ,采用數(shù)字溫度傳感器 SHT15,該傳感器是瑞士 Sensirion 推出的 SHTxx 系列數(shù)字溫濕度傳感器 ,基于領(lǐng)先世界的CMOSens174。全量程標(biāo)定 ,兩線數(shù)字接口 ,可與單片機(jī)直接相連 ,大大縮短研發(fā)時(shí)間、簡(jiǎn)化外圍電路并降低費(fèi)用。 溫室參數(shù)的 LCD顯示 LCD 模塊選用帶中文字庫(kù)的 FYD128640402B ,它是可以顯示 8 4 行 1616漢字的帶背光的液晶模塊。 GPRS 通信模塊 GPRS 通用分組無(wú)線業(yè)務(wù) ( general packet radio service)作為第二代移動(dòng)通信技術(shù) ( GSM)向第三代移動(dòng)通信 (3G)的過(guò)渡技術(shù) ,采用先進(jìn)的無(wú)線分組技術(shù) ,將移動(dòng)通信與 INTERNET 緊密結(jié)合 GPRS 數(shù)據(jù)終端支持 TCP /IP、 PPP 協(xié)議和透明 數(shù)據(jù)傳輸 ,每個(gè)用戶可占用多個(gè)信道 ,同一信道又可以為多個(gè)用戶共享。由于 GPRS 的這些特點(diǎn) ,使它適合多點(diǎn)分散的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。設(shè)計(jì)中采用 GPRS 模塊 GR64, GR64 是 Sony/Ericsson 公司最新推出的一款內(nèi)嵌 TCP/IP 協(xié)議棧的 GSM/GPRS 模塊 ,可向下兼容 GR4,基于 EGSM 900/GSM 1800 網(wǎng)絡(luò) ,串行接口符合 V24 協(xié)議 ,支持語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、傳真和短信息功能。通過(guò)連接開(kāi)通 GPRS 功能的 SIM 卡系統(tǒng)就能夠通過(guò) GPRS 網(wǎng)絡(luò)河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 23 連接到 Inter 上。 GR64 內(nèi) 嵌 TCP/IP 協(xié)議棧 ,通過(guò)其異步串行通信接口 UART1,使用相應(yīng) AT指令進(jìn)行開(kāi)發(fā) ,可方便地實(shí)現(xiàn) GPRS 通信。該系統(tǒng)由單片機(jī)對(duì)溫度濕度等參數(shù)進(jìn)行巡回測(cè)量 ,并對(duì)測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)償 ,并進(jìn)行調(diào)控。轉(zhuǎn)換結(jié)束后的數(shù)據(jù)值暫存在 AVR 單片機(jī) ATmega16 的寄存器中 ,最后通過(guò) GPRS 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控中心。此外 ,主控制器同時(shí)完成系統(tǒng)參 數(shù)測(cè)量 ,數(shù)據(jù)存儲(chǔ) , LCD 顯示以及與上位機(jī)通信等功能。調(diào)濕調(diào)溫通過(guò) AVR 單片機(jī) ATmega16 控制加熱爐和風(fēng)機(jī)完成升溫 ,室內(nèi)降溫主要通過(guò)水簾、風(fēng)機(jī)完成。室外保溫通風(fēng)調(diào)光主要采用自動(dòng)頂棚（帶遮光布）、自動(dòng)側(cè)窗完成。 GPRS 通信通過(guò) ATmega16 向 GPRS 模塊發(fā)送 AT 指令實(shí)現(xiàn)。該語(yǔ)言庫(kù)函數(shù)豐富 、運(yùn)算速度快、占用資源少、可靠性高。 軟件系統(tǒng)主要包括兩部分 ,一部分是單片機(jī)軟件 ,一部分是控制中心計(jì)算機(jī)軟件。接收手機(jī)模塊中的控制信息控制溫濕度等控制器 ,如果在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)接受不到 控制信息 , 則對(duì)于大棚參數(shù)數(shù)據(jù)按照默認(rèn)參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)。 計(jì)算機(jī)部分軟件 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 24 主要完成對(duì)溫室大棚的控制以及信息管理 ,通過(guò)串口與工業(yè) GPRS 模塊連接 , 讀取模塊中接收到的信息流 ,進(jìn)行相關(guān)處理 ,或者完成控制信息的發(fā)送。 常用的 GPRS AT 指令以及設(shè)置 通過(guò) PC 的超級(jí)終端使用 AT 命令對(duì) GPRS 模塊進(jìn)行控制 ,從而實(shí)現(xiàn) SOCKET 通信。 (2)接收數(shù)據(jù) : AT*E2IPACT=XX=1時(shí)為接收數(shù)據(jù)共享是在局域網(wǎng)中共享的 ,通過(guò)Windows 套接字實(shí)現(xiàn)的。數(shù)據(jù)報(bào)套接字使用用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議 (UDP) ,流式套接字使用傳輸控制協(xié)議 ( TCP)。 UDP 典型的通信過(guò)程為：在服務(wù)器端一直采集串口的數(shù)據(jù) ,默認(rèn)情況下每 5 分鐘存入一次數(shù)據(jù)庫(kù)中 ,可以隨時(shí)讀取當(dāng)前的溫度值和畫(huà)出溫度曲線。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 25 第 5 章 溫室大棚監(jiān) 測(cè) 控制系統(tǒng) 近年來(lái)，我國(guó)的設(shè)施農(nóng)業(yè)得到了較大的發(fā)展，溫室大棚作為新的農(nóng) 作物種植技術(shù)，已突破了傳統(tǒng)農(nóng)作物種植受地域 、自然環(huán)境、氣候等諸多因素的限制，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重大意義。 目前我國(guó)的溫室大棚 ，多依靠人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行管理，或以單片機(jī)控制的單參數(shù)單回路的較多，自動(dòng)化程度不高，效率低下，就農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境而言，溫度、 濕度、光照、二氧化碳是其最基本的要素，作為檢測(cè)控制系統(tǒng)必須能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)以上要素的數(shù)據(jù)采集與分析處理，并進(jìn)行相應(yīng)的控制，以使溫室大棚為農(nóng)作物的生長(zhǎng)提供一個(gè)良好的環(huán)境。該系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)包括傳感器子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、信息處理子系統(tǒng)和伺服子系統(tǒng) 4部分。傳感器主要包括檢測(cè)溫室大棚內(nèi)部溫度的溫度傳感器、檢測(cè)室內(nèi)空氣及土壤水分的濕度傳感器、檢測(cè)室內(nèi)光照度的光照傳感器、 檢測(cè)二氧化碳濃度的二氧化碳濃度傳感器。 2. 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)主要完成對(duì)傳感器子系統(tǒng)傳送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換和采樣。為了減輕后級(jí)處理工作量，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)對(duì)采得的原始數(shù)據(jù)應(yīng)進(jìn)行一定程度的預(yù)處理。環(huán)境參數(shù)預(yù)設(shè)置一方面可將某一時(shí)間范圍內(nèi)，農(nóng)作物正常生長(zhǎng)對(duì)溫河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 26 度、濕度、光照和二氧化碳濃 度的要求進(jìn)行設(shè)置。信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)與本階段環(huán)境參數(shù)值進(jìn)行比較分析，為控制提供決策依據(jù)，控制部分則由此發(fā)出各種相應(yīng)的控制信號(hào)。濕度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，通過(guò)對(duì)溫室天窗、側(cè)窗啟閉部件以及噴霧器的控制以完成對(duì)濕度的調(diào)節(jié)。二氧化碳施放機(jī)構(gòu)完成對(duì)溫室內(nèi)二氧化碳施放。 信號(hào)檢測(cè)的連續(xù)化 系統(tǒng)對(duì)溫室內(nèi)多種環(huán)境參數(shù)信息的檢測(cè)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的連續(xù)過(guò)程。 數(shù)據(jù)采集與處理的實(shí)時(shí)化 為了保證實(shí)時(shí)地檢測(cè)溫室內(nèi)環(huán)境的變化，數(shù)據(jù)采集與處理 要滿足一定的時(shí)間限制， 以便能實(shí)時(shí)做 出評(píng)價(jià)，采取相應(yīng)的控制措施，抵御自然災(zāi)害的襲擊，預(yù)防意外事故發(fā)生。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 27 硬件結(jié)構(gòu) 該系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖 所示，它由 3 部分組成：（ 1） 信號(hào)轉(zhuǎn)換部分。其功能為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集 ,對(duì)采集數(shù)據(jù) 進(jìn)行分析加工處理，輸出相應(yīng)的控制信號(hào)； (3)伺服機(jī)構(gòu)部分。 圖 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 所示。包括信號(hào)比較分析、決策控制信息的傳輸。包括溫度調(diào)節(jié)、濕度調(diào)節(jié)、光照調(diào)節(jié)和二氧化碳施放程序 。另一方面隨卡還提供了一個(gè)高級(jí)語(yǔ)言庫(kù)的原碼程序。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 29 第 6 章 總 結(jié) 整個(gè)設(shè)計(jì)報(bào)告共分為 6 章，其中第 1 章主要講述了溫室大棚的 一般 概況及工作原理； 第 2章講述了溫室大棚自動(dòng)控制的 工作原理和硬軟件組成，講述了溫室，第 3 章主要講述了溫室大棚 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ， 45 章主要講述了 GPRS 監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 、監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng) 及各自的工作原理 。 溫室大棚自動(dòng)控制 系統(tǒng)是近年來(lái)逐步發(fā)展起來(lái)的一種資源節(jié)約型高效農(nóng)業(yè)發(fā)展技術(shù)，它是在普通日光溫室的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)自控技術(shù)、智能傳感技術(shù)等高科技手段發(fā)展起來(lái)的。在這種控制中，溫度、濕度、 C02 含量、光照等被控量之間存在著強(qiáng)烈的相互關(guān)系，某個(gè)被控量的改變，會(huì)影響到其他被控量的變化 。 本設(shè)計(jì)為一閉環(huán)控制系統(tǒng)，由 89C51 單片機(jī)， A/D 轉(zhuǎn)換電路，溫度檢測(cè)電路，濕度檢測(cè)電路、控制系統(tǒng)組成。實(shí)現(xiàn)了對(duì)大棚里植物生長(zhǎng)溫度及土壤和空氣濕度的檢測(cè)，監(jiān)控，并能對(duì)超過(guò)正常溫度、濕度范圍的狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，使大棚環(huán)境得到了良好的控制。溫室環(huán)境控制的目的是把各被控變量 (溫室環(huán)境因子 )，如光照、溫度、濕度、 CO2 濃度等，維持在作物生長(zhǎng)發(fā)育要求的范圍內(nèi)，所以本論文還分析了各環(huán)境因子對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的影響以及各環(huán)境因子之間的相互耦合關(guān)系。 溫室大棚自動(dòng)控制系統(tǒng)是 配備有溫室環(huán)境控 制系統(tǒng)的資源集約型高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，它在調(diào)控溫室內(nèi)小氣候環(huán)境以適應(yīng)作物生長(zhǎng)發(fā)育要求的同時(shí)，不僅實(shí)現(xiàn)了作物的反季節(jié)生產(chǎn)，還提高了作物的質(zhì)量以及作物生產(chǎn)的效率。溫室環(huán)境控制系統(tǒng)正在不斷吸收相關(guān)領(lǐng)域新的理論和方法，結(jié)合溫室作物種植的特點(diǎn)，不斷創(chuàng)新，逐步完