基于單片機的果園智能監控系統研究

莊立群

（江蘇省宜興中等專業學校，江蘇 宜興 214200）

果園管理和與普通大棚管理最大的區別在于果園外部環境更加復雜多變，因此有必要對果園安裝智能監控系統，實現環保、高效及智能現代化的果園管理目標?，F階段，科研人員基于網絡通信技術的果園智能監控系統研究較多，但對于單片機無線電子傳感果園智能監控研究相對較少。本文根據普通果園監控需求，設計了一種基于低功耗單片機MSP430f149為核心的果園智能監控系統，在動態監控各種果園環境參數的同時，起到防火災預警、驅逐害鳥的作用。

1 監控系統總體結構及工作原理

本文所設計的果園智能監控系統由MSP430f149單片機、蜂鳴器報警裝置、電源裝置、氣體傳感器裝置、熱釋電紅外人體感應裝置、溫濕度傳感器裝置和串口通信裝置7個部分組成，能夠對果園內部煙霧濃度、溫濕度、果園安全防護進行實時監控，各傳感器裝置通過信號采集端口接收原始模擬信號，經過信號處理后在計算機監控軟件上顯示監測結果；同時操作人員根據反饋結果設置相應模塊參數，如使用HTU21D溫濕度傳感器感應果園環境溫度、濕度數據變化。另外，該系統還配備有煙霧傳感器，當果園發生火災時能夠及時發出報警。計算機可視化監控平臺用VB程序進行編寫，具備果園實時環境數據顯示和控制功能，讓計算機監控界面更加人性化。本文所設計的果園智能監控系統總體結構如圖1所示。

2 果園智能監控系統硬件設計

本果園智能監控系統由MSP430f149單片、供電模塊、煙霧傳感器、溫濕度傳感器、熱釋電紅外傳感器和計算機監控硬件構成。

2.1 單片機選擇

本設計采用美國德州儀器公司生產的16位低功耗MSP430F149單片機，自帶60k FLASH，具有快速蘇醒、超低功耗等特點。芯片內部自帶大量的外圍模塊、2k大容量存儲空間、獨立CPU硬件乘法器、兩個16位計數器、兩個外部晶振、一個高精度12位模數轉換器、一個內部DCO振蕩器和2個異步或同步通道串行通信端口，同時支持ISP，方便在線升級、生產與調試。另外，該單片機能抗電干擾，確保系統正常運行，適用工業級運行環境。

圖1 果園智能監控系統硬件結構

2.2 傳感器選擇

2.2.1 煙霧傳感器。本設計采用GTH1000煙霧傳感器，該煙霧傳感器對一氧化碳氣體、煙霧粒子的靈敏度較高，對火災煙霧也有一定識別功能，是一種適合于多領域范圍的低成本煙霧傳感器［1］。GTH1000煙霧傳感器能夠自動識別氣體是否含有火災煙霧中的氣、液或固體微粒群，如果超過設定閾值則將監測到的氣體參數傳送至MSP430F149單片機P6.6端口，MSP430f149單片機接收模擬信號后，與設置參數對比，如果超出閾值則發出聲音報警，并在上位機上進行顯示。

2.2.2 溫濕度傳感器模塊。本設計選擇HTU21D作為溫濕度傳感模塊，這是一款由法國Humirel生產的高性能復合溫濕度傳感器。HTU21D溫濕度傳感器工作電壓為1.5～3.6 V，具有體積小、性價比高、功耗低、抗結露、高靈敏度以及抗電磁干擾能力強等特點。HTU21D溫濕度傳感主要包括電阻式感濕元件和測溫元件［2］。所有HTU21D溫濕度傳感器的校準均在高精度濕度校驗室中進行，HTU21D溫濕度傳感器在檢測信號過程中會調用OTP ROM中的校準參數進行檢測。

2.3 供電模塊

本設計采用3.3 V HT7333A穩壓芯片，將常用的5.0 V電源轉換成3.3 V電源，供給單片機使用。HT7333A穩壓芯片通過正向低壓降穩壓器，將5.0 V電源直接轉換成3.3 V電源。為確保3.3 V電源輸出穩態，在輸出端增加了1個100μF電容。另外，在MSP430F149芯片輸入引腳也放置了一個100pF的濾波電容，避免芯片輸入引腳受到的干擾。

3 果園智能監控系統軟件設計

3.1 下位機軟件設計

下位機設計軟件由主程序、數模轉化、GTH1000煙霧傳感器、Max232串口通信模塊、蜂鳴器報警和HTU21D溫濕度傳感器等子程序模塊組成。通過下位機各子程序模塊實現MSP430F149單片機對監控信息采集、分析、處理和響應等功能。本系統軟件編程采用Dev-Cpp軟件進行C語言編程，Dev-Cpp軟件開發環境集合了工程編輯器、仿真調試器和多頁面窗口，智能果園監控系統下位機軟件流程圖如圖2所示。主程序開始運行時先對模數轉換、端口、串口和定時器進行初始化設置，然后啟動定時器進入低功耗模式，采集熱釋電紅外和煙霧模擬電壓值進行模數轉換，若超過預定閾值，蜂鳴器將會發出報警聲音。

3.2 上位機監控系統軟件設計

智能果園監控系統采用VB開發上位機控制平臺，上位機與下位機利用RS-232通行方式執行串口初始化指令，并確定握手協議，發送接收數據，從而實現通信。串口初始化選擇通信使用的串口；握手協議調通握手信號實現計算機與單片機之間的正常數據傳輸；串口測控程序由上位機向下位機發出命令，同時需要由下位機向上位機反饋數據，使上位機了解系統測試數據或下位機運行狀態。本監控系統利用Spcomm串口控件，接收上位機信息并向下位機發送數據，在系統開發過程中應注意在串口空置時及時關閉串口，釋放系統空間，保證系統其他應用快速響應。

圖2 果園智能監控系統下位機軟件流程

4 結語

本文根據果園智能監控需求構建了一個果園智能監控系統。該智能監控系統通過傳感器實時采集果園溫濕度、煙霧、安防等環境信息，同時蜂鳴器定時發出聲音來驅逐害鳥。該監控系統下位機充分利用了MSP430F149單片機擴展功能，上位機顯示果園動態環境數據，實現果園智能化監控目標。