棚室農業環境監控系統的設計及主要器件選擇
來源： http://www.pc256.com/ 類別：實用技術 更新時間：2013-04-19 閱讀次
【本資訊由中國糧油儀器網提供】 設計一套棚室農業環境監控系統，監控系統監測棚內的各種環境參數，并將所監測到的數據由無線模塊傳輸并存儲到上位機。該系統可以實時對溫濕度，土壤水分等參數進行監測并控制相應的執行器對棚內溫度，水分等參數進行調整以達到植物生長最佳狀態。
根據需求分析，采用模塊化和分層次設計，把系統分為硬件設計和軟件設計兩部分。最后把硬件和軟件集成在一起進行調試。
1、棚室農業環境監控系統的總體設計
設計一套棚室農業環境監控系統，監控系統監測棚內的各種環境參數，諸如二氧化碳檢測儀對棚內二氧化碳含量進行監測，并將所監測到的數據由無線模塊傳輸并存儲到上位機。該系統可以實時對溫濕度，土壤水分等參數進行監測并控制相應的執行器對棚內溫度，水分等參數進行調整以達到植物生長最佳狀態。根據需求分析，采用模塊化和分層次設計，把系統分為硬件設計和軟件設計兩部分。最后把硬件和軟件集成在一起進行調試。
2、MSPF430單片機
核心芯片選用MSP430單片機，MSP430單片機是一種超低功耗的混合信號控制器，它根據不同的應用提供不同型號的單片機，這里我們選用單片機的型號是MSP430F149，它具有16位RSIC結構，通過采用不同的時鐘源工作可以使器件滿足不同的功耗要求，當芯片處在低功耗模式下，數字控制振蕩器（DCO）可以使器件從低功耗模式下迅速喚醒，能夠在少于6us的時間內從低功耗轉到激活工作模式。它的主要特點：（1）超低功耗。在1.8~3.6V的電壓，1MHz時鐘頻率下運行，耗電電流在0.1~400uA之間，該系列單片機具有16個中斷源，并可以嵌套使用，使用中斷請求將CPU從低功耗模式下喚醒只要6us的時間。（2）處理能力強。該系列單片機為16位的RSIC結構，具有豐富的尋址方式，簡捷的指令，大量的寄存器，較高的處理速度，是傳統51單片機遠遠達不到的。（3）豐富的外設資源。主要的外設有定時器，看門狗，比較器，串口，硬件乘法器，ADC模塊等外設。（4）調試方便。該系列單片機一般是基于FLASH型的并提供JTAG口，因此能很好地實現在線仿真功能。
3、傳感器的選擇
溫度傳感器選用了DS18B20數字溫度傳感器，用來采集土壤溫度。從而發現規律，使作物能更好的生長。數字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，在其內部使用了在板（ON-B0ARD）專利技術。全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內。一線總線獨特而且經濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網絡，為測量系統的構建引入全新概念。在傳統的模擬信號遠距離溫度測量系統中，需要很好地解決引線誤差補償問題、多點測量切換誤差問題和放大電路零點漂移誤差問題等技術問題，才能夠達到較高的測量精度。另外，一般監控現場的電磁環境都非常惡劣，各種干擾信號較強，模擬溫度信號容易受到干擾而產生測量誤差，影響測量精度。因此，在溫度測量系統中，采用抗干擾能力強的新型數字溫度傳感器是解決這些問題的最有效方案，新型數字溫度傳感器DS18B20具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網等優點，在實際應用中取得了良好的測溫效果。
4、軟件設計
用C語言對單片機按照模塊化的思想進行編譯，主要分為以下模塊：顯示模塊，通信模塊，控制模塊，傳感器口模塊。傳感器有數字信號傳感器和模擬信號傳感器，數字信號傳感器按照其相應的時序對其編程，把數據直接傳到單片機即可。模擬信號傳感器輸出模擬信號，需對信號進行模數轉換，在傳入單片機，430單片機內置AD模塊，將模擬信號傳感器接到帶有AD轉換功能的I/O引腳上，對單片機的AD模塊進行編程設置即可。
針對溫室大棚中的環境進行監測，通過監測的數據對溫室中的環境做相應的調整以適合作物生長的最佳條件，并與上位機進行無線通信，把采集的數據上傳到上位機，在上位機上可以顯示數據并可對下位機進行控制，同樣可以用手機進行采集數據和控制。
根據需求分析，采用模塊化和分層次設計，把系統分為硬件設計和軟件設計兩部分。最后把硬件和軟件集成在一起進行調試。
1、棚室農業環境監控系統的總體設計
設計一套棚室農業環境監控系統，監控系統監測棚內的各種環境參數，諸如二氧化碳檢測儀對棚內二氧化碳含量進行監測，并將所監測到的數據由無線模塊傳輸并存儲到上位機。該系統可以實時對溫濕度，土壤水分等參數進行監測并控制相應的執行器對棚內溫度，水分等參數進行調整以達到植物生長最佳狀態。根據需求分析，采用模塊化和分層次設計，把系統分為硬件設計和軟件設計兩部分。最后把硬件和軟件集成在一起進行調試。
2、MSPF430單片機
核心芯片選用MSP430單片機，MSP430單片機是一種超低功耗的混合信號控制器，它根據不同的應用提供不同型號的單片機，這里我們選用單片機的型號是MSP430F149，它具有16位RSIC結構，通過采用不同的時鐘源工作可以使器件滿足不同的功耗要求，當芯片處在低功耗模式下，數字控制振蕩器（DCO）可以使器件從低功耗模式下迅速喚醒，能夠在少于6us的時間內從低功耗轉到激活工作模式。它的主要特點：（1）超低功耗。在1.8~3.6V的電壓，1MHz時鐘頻率下運行，耗電電流在0.1~400uA之間，該系列單片機具有16個中斷源，并可以嵌套使用，使用中斷請求將CPU從低功耗模式下喚醒只要6us的時間。（2）處理能力強。該系列單片機為16位的RSIC結構，具有豐富的尋址方式，簡捷的指令，大量的寄存器，較高的處理速度，是傳統51單片機遠遠達不到的。（3）豐富的外設資源。主要的外設有定時器，看門狗，比較器，串口，硬件乘法器，ADC模塊等外設。（4）調試方便。該系列單片機一般是基于FLASH型的并提供JTAG口，因此能很好地實現在線仿真功能。
3、傳感器的選擇
溫度傳感器選用了DS18B20數字溫度傳感器，用來采集土壤溫度。從而發現規律，使作物能更好的生長。數字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，在其內部使用了在板（ON-B0ARD）專利技術。全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內。一線總線獨特而且經濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網絡，為測量系統的構建引入全新概念。在傳統的模擬信號遠距離溫度測量系統中，需要很好地解決引線誤差補償問題、多點測量切換誤差問題和放大電路零點漂移誤差問題等技術問題，才能夠達到較高的測量精度。另外，一般監控現場的電磁環境都非常惡劣，各種干擾信號較強，模擬溫度信號容易受到干擾而產生測量誤差，影響測量精度。因此，在溫度測量系統中，采用抗干擾能力強的新型數字溫度傳感器是解決這些問題的最有效方案，新型數字溫度傳感器DS18B20具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網等優點，在實際應用中取得了良好的測溫效果。
4、軟件設計
用C語言對單片機按照模塊化的思想進行編譯，主要分為以下模塊：顯示模塊，通信模塊，控制模塊，傳感器口模塊。傳感器有數字信號傳感器和模擬信號傳感器，數字信號傳感器按照其相應的時序對其編程，把數據直接傳到單片機即可。模擬信號傳感器輸出模擬信號，需對信號進行模數轉換，在傳入單片機，430單片機內置AD模塊，將模擬信號傳感器接到帶有AD轉換功能的I/O引腳上，對單片機的AD模塊進行編程設置即可。
針對溫室大棚中的環境進行監測，通過監測的數據對溫室中的環境做相應的調整以適合作物生長的最佳條件，并與上位機進行無線通信，把采集的數據上傳到上位機，在上位機上可以顯示數據并可對下位機進行控制，同樣可以用手機進行采集數據和控制。
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