溫室監控系統的設計

2017-01-09 08:15:09劉曉春陜西航空職業技術學院

電子制作 2016年22期

劉曉春陜西航空職業技術學院

溫室監控系統的設計

劉曉春陜西航空職業技術學院

本設計是一套以單片機為前端控制器,以PC機為遠程監控機，并集成了WIFI模塊智能溫室控制系統。可實現溫度、濕度、光照等的檢測，并將檢測到的數據通過串口傳送到PC機。可根據現場環境參數通過按鍵控制通風設備、采光設備、噴灑設備工作，也可通過上位機控制，亦可通過WiFi模塊利用手機對各設備進行控制。整個系統操作簡單方便，經濟適用，接線靈活。

單片機；監控；數據采集；wifi

引言

目前很多溫室監控系統大多采用PLC和現場總線控制，這些存在的缺點是操作不方便、接線不靈活和成本高。針對這些缺點我們設計了以單片機為控制核心，配以WiFi模塊、RS-232通訊接口，現場配備溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器等，測得的信息實時顯示并可通過通訊接口將數據定時傳給PC機，供用戶分析。依據這些數據可通過上位機對通風系統、采光系統、噴灑系統進行控制。也可利用WiFi模塊通過手機上的操作界面進行控制。現場也設計了通風控制按鍵、采光控制按鍵和水泵控制按鍵，操作簡單靈活方便。

1.系統總體設計

本系統采用上、下位機控制方案 , 上位機為系統遠程監控PC機和人人都有的手機 , 上位 PC 機可以管理多個前端控制器，它是整個控制系統的遠程監控中心。采用可視化編程語言C#設計的上位機系統軟件, PC機內存儲了環境參數知識庫以及多種典型作物的專家知識庫，應用預測理論,將現場采集數據與知識庫中標準數據進行對比，得出控制信號，通過串口發送到現場控制器，來控制現場設備，完成對大棚內溫度、濕度、采光度等參數的自動控制。上位機手機采用Java語言開發控制軟件，通過wifi模塊與下位機進行及通訊。以便用戶在巡視大棚農作物時，隨時控制通風設備、采光設備、噴灑設備工作。操作簡單方便。 PC上位機與下位機通信采用 RS-232 串口。手機與下位機通訊通過WIFI模塊。下位機 , 也就是前端控制器 , 放置于大棚內 , 主要完成現場數據的采集和預處理，配備上顯示器件，實時顯示環境參數。

2.系統硬件設計

依據要求，整個系統硬件主要分為以下幾個模塊：如圖1：

2.1 主控模塊

STC15F2K60S2系列單片機是STC生產的單時鐘/機器周期(1T)的單片機，共8通道10位高速ADC3路PWM還可當3路D/A使用,共3通道捕獲/比較單元(CCP/PWM/PCA) ,兩組高速異步串行通信端口(可同時使用), 可編程時鐘輸出功能, 硬件看門狗看門狗(WDT)等特點。

2.2 溫濕度采集模塊

溫濕度采集模塊采用DHT11，是一款有已校準數字信號輸出的溫濕度傳感器。精度濕度±5%RH，溫度±2℃，量程濕度20-90%RH，溫度0～50℃。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優點。產品為4針單排引腳封裝，連接方便。

2.3 光照采集模塊

On9658是可見光照度傳感器，是一個光電集成傳感器，典型入射波長為λp=520nm，內置雙敏感元接收器，可見光范圍內高度敏感，輸出電流隨照度呈線性變化。

2.4 wifi模塊

wifi模塊選用ESP8266，是一款超低功耗的UART-WiFi透傳模塊，擁有業內極富競爭力的封裝尺寸和超低能耗技術，專為移動設備和物聯網應用設計，可將用戶的物理設備連接到Wi-Fi無線網絡上，進行互聯網或局域網通信，實現聯網功能。

2.5 顯示模塊

顯示模塊選用Nokia5110液晶顯示屏，它是一款比較經典機型，具有性價比高，可顯示15個漢字， 30個字符；接口只需要4根I/O線；速度快；工作電壓為3.3V；具有掉電模式。

2.6 串口通訊模塊

串口通訊模塊主要完成單片機與PC機之間的通訊，單片機與PC機之間通過MAX232芯片完成電平轉換。