基于上位机的温室智能监控系统

题目 基于上位机的温室智能监控系统目录1. 前言32. 基于上位机的温室智能监控系统的工作原理42.1 工作原理及功能介绍42.2 作品的特色和可行性42.3 温室参数的采集、监测42.4 HT46RU232主要核心的功能应用介绍53.系统设计53.1总体设计思路53.2系统硬件设计和实现63.2.1 HT46RU232单片机最小系统63.2.2 温度传感器模块电路63.2.3 湿度传感器模块电路73.2.4 光照传感器模块电路83.3系统的软件设计与实现93.3.1软件系统设计93.3.2 主程序103.3.3 超声波发射和接收程序11 4.参考文献11基于上位机的温室智能监控系统 【摘要】进入21世纪以来,随着社会的进步和工农业技术的发展,许多产品对生产和使用环境的要求越来越严，人们对温度、湿度、光强、二氧化碳浓度、灰尘等环境因素的影响也越来越重视，以HT46RU232为主控,创作充分利用现有的资源,通过整合汲取各个模块的优越性和可行性再加以自主创新,实现一个全新的多功能温室智能监测系统。【关键词】 上位机 HT46RU232 传感器 智能 监测【Abstract】In the 21st century,with the social progress，developing of ind- ustrial and agricultural technology.It is more and more stringenter for produce and the use of environmental requirements for many products.People pay more and more attentionS for the influence of the temperature, humidity,light intens-ity,carbon dioxide,dust and other environmental factors.To HT46RU232 as m-aster,writing full use of existing resources, through the integration of each module to learn the adva-ntages and feasibility of any further innovation,to achieve a new intelligent ml-ti-function greenhouse monitoring system.【key words】 PC HT46RU232 Sensors Smart Monitoring1前言温室培养农作物已经成为了一种潮流和趋势，而本产品就是在这样的背景下诞生的。目前我国的温室培养技术虽然有了很大的提高但是仍然存在着许多的问题：我国的温室设备仍然以简易为主，设施环境可控程度与水平较低，抗御自然灾害的能力差，遇到灾祸性天气和年份生产没有保障，农民易遭受损失，市场供应出现波动。即无论设施本身还是生产管理，多以传统经验为主，缺乏量化指标和成套技术，尤其表现在作物的产量水平和品质上。本产品的设计就是为了解决这一些仍然存在的问题。本产品应用于温室，可以自动控制室内的温度、湿度、灌溉、通风和光照强度。摆脱了传统的靠人力的模式，而且不会因为地域、环境、气候的差异而影响农作物的生长，只要通过计算机适当的调配和控制是可以增加农作物的产量。因此，这种温室适应能力强，成本低，产量高，市场前景好。随着城市建设的不断发展，近年来提出了“都市农业”的新概念，其定位是在城市周边进行温室设施建设和生产经营。本产品可融合大城市的其他产业，服务于大城市。可为城市居民提供节省肥料、高品质、无污染、无公害、高科技含量高的农作物。作品具有可扩展性，能够将其功能做进一步的扩充，从而更适应于大众的需求，因此本产品是很有市场前景和竞争力的。2. 基于上位机的温室智能监控系统的工作原理2.1 工作原理及功能介绍基于上位机的智能监控系统基本电路的设计,主要由以HT46RU232为主上位机为核心的单片机最小系统、电源模块、LED数码管显示电路、按键电路、温度模块、湿度模块，光敏模块、通风模块、加热模块、灌溉模块，报警电路等组成。该系统是由数据采集工作站（下位机）和中心计算机（上位机）组成的控制系统，系统软件包括上位机软件和下位机软件，上位机软件程序利用Delphi7.0进行编制，操作界面较好，程序简单清晰；下位机系统用C语言编程，采用模块化结构设计，提高了系统的可靠性和可扩展性。其中数据采集工作站又由相应的传感器（温度传感器、湿度传感器、光照传感器等）、模拟量输入输出通道、开关量输出通道所组成。工作站既可以独立完成各种信息的采集、预处理及存储任务，又可接受从中心计算机送来的控制参数设置，启动增温降温、加湿除湿、遮阳补光等调控设备，从而按不同要求调控温室的微气候环境。上位机系统将工作站送来的数据及时在线地用动态数据、曲线的方式显示起来，并存储在相应的数据库中，一般可以保存一个生长季节的数据、对存储起来的数据，按研究需要，进行分析、统计、可显示、打印成表格或曲线或直方图，同时系统机也可以向下级机传递控制。2.2 作品的特色和可行性本系统采用两级分布式监控系统，由上位PC机和下位单片机组成，每个温室单元内单片机系统在上位机监控下工作，若上位机、单片机或接口电路出现障碍，每台单片机可独立工作，不影响系统的功能，因此整个系统较为稳定，不会由于某一个环节而导致整个系统瘫痪。系统软件包括上位机软件和下位机软件，上位机软件程序利用Delphi7.0进行编制，操作界面较好，程序简单清晰；下位机系统用C语言编程，采用模块化结构设计，提高了系统的可靠性和可扩展性。上位机可以以任何速率和任一串行口进行通信，因此，下位机系统结构和软件的改变并不影响上位机的运行。且在编制系统软件过程中，为系统的二次开发留下接口，利用系统进一步扩展，提高其通用性。本系统不仅适用于温室环境的监测与控制，基于分布式系统的思想，对系统软、硬件稍加修改进行扩展后，便可用于果蔬储存保鲜、畜舍、粮库环境系统的检测和控制及在将来智能家居中的应用，具有较强的适用性和通用性。2.3 温室参数的采集、监测本系统实时胡温室进行数据采集：采集现场的实时数据（温度、湿度、光照强度）送人上位机，并以数值和实时曲线的形式显示数据，并保存。报警监视：根据生产过程的测量值变化，对信号越限进行相应的报警处理，如声光报警。运行参数的画面显示：带有实时数据的流程图、柱状图、历史趋势显示等。报表输出：可以打印参数的修改：可以人工设定各个参数。历史数据库查询和历史曲线的绘制2.4 HT46RU232胡主要核心的功能应用介绍基于上位机的温室智能监控系统采用了28 SKDIP/SOP封装的盛群MCU HT46RU232作为主控制CPU，它内部提供了8通道12位分辨率A/D转换；4通道8位PWM高频载波输出；I2C总线串行接口；1 个8 位可编程定时/计数器，具有溢出中断，可编程分频器PFD(Program Frequency D等。多通道的A/D转换功能是作品成功的关键所在，充分利用了HT46RU232的优越性。本作品中设计了一个以HT46RU232为核心的单片机最小系统板，然后在它基础上进行外围电路的扩展。用到了此芯片的如下功能：1) 2个I/O口，作为继电器的控制端口。2) 3个I/O口，用于控制加热、灌溉、通风、补光系统。3) 1个I/0作为DS18B20的上位机显示输出口，显示温室土壤和空气的温度。4) 一个I/O口作为报警装置的输出口，控制当参数超标或低标时报警提示。 5) 一个I/O口作为湿度传感器的的输入口，及时的采集温室内土壤和空气的湿度。 6)三个I/O口作为三个按键控制的输出口，分别控制TLC的启动，及时的采集温室内的光照强度。3.系统设计3.1总体设计思路 根据要实现的功能和要求，采用图1的构架方案。系统采用两级分布式监控系统，由上位PC机和下位单片机组成,系统硬件主要包括以HT46RU232为的单片机最小系统、电源模块、LED数码管显示电路、按键电路、温度模块、湿度模块，光敏模块、通风模块、加热模块、灌溉模块，报警电路，系统软件包括上位机软件和下位机软件，上位机软件程序利用Delphi7.0进行编制，操作界面较好，程序简单清晰；下位机系统用C语言编程，采用模块化结构设计，提高了系统的可靠性和可扩展性。从而实时的大道泛兮温室进行数据监测、采集及控制等。 图1 系统原理图3.2系统硬件设计和实现系统硬件主要包括以HT46RU232为的单片机最小系统、电源模块、LED数码管显示电路、按键电路、温度模块、湿度模块，光敏模块、通风模块、加热模块、灌溉模块，报警电路。3.2.1 HT46RU232单片机最小系统HT46RU232单片机及运放电路、LED电路、LED数码电路、电源模块、按键电路构成的单片机最小系统，充分利用HT46RU232引脚以及功能模块，电路设计巧妙，合理、实用。原理图及PCB如图2所示。3.2.2 温度传感器模块电路 采用以DS18B20为核心的温度传感器,其测问系统简单,测温精度高,连接方便,占用口线少,转换速度快,与微处理器的接口简单,给硬件设计工作带来极大的方便,能有效的降低成本,缩短开发周期.。PCB原理图如图3所示。 图2 HT46RU232单片机最小系统原理图及PCB3.2.3 湿度传感器模块电路 由于HS1101采用独特的电容式单元设计,具有响应速度快、体积小、线性度好、较稳定等优点，本设计采用以HS1101为核心的湿度传感器,可以很好的对温室和土壤湿度的测量，经长期应用，性能能达到了稳定可靠，同时也实现对成本低的要求。PCB原理图如图3所示。图3 DS18B20和HS1101两种湿度传感器的PCB3.2.4 光照传感器模块电路 由于光敏电阻具有很高的灵敏度，很好的光谱特性，光敏响应可从紫外区到红外区范围内，而且体积小、重量轻、性能稳定、价格便宜，因此应用很广泛，本设计中采用以光敏电阻为核心的光照传感器，可以很好的采集温室内的光照强度，性能安全可靠，其PCB原理图如图4所示图4 光照传感器的PCB原理图3.3系统的软件设计与实现3.3.1软件系统设计系统软件包括上位机软件和下位机软件，上位机软件程序采用Delphi7.0进行编制，下位机软件采用C语言编写，可以大大提高程序编写时的效率。开发环境为HT-IDE3000，固化在程序储存器中。软件设计实现的主要流程图如图5所示：图5上位机控制软件程序流程图3.3.2 主程序主程序主要起到一个初始化和调用子函数的功能。主程序循环按键扫描及语音播报程序，包括中断初始化函数、显示初始化函数等。见流程框图6所示。图6 主程序流程3.3.3 超声波发射和接收程序本系统利用单片机控制超声波的发射和对超声波自发射至接收往返时间的计时来测距。超声波传感器的工作电压是40kHz的脉冲信号，这由单片机定时器来产生。端口输出一个40kHz的脉冲信号，经过三极管T放大，驱动超声波发射头，发出40kHz的脉冲超声波，且持续发射200ms。超声波接收电路将超声波调制脉冲变为交变电压信号，经处理电路输出由高电平跃变为低电平，作为中断请求信号，送至单片机处理。定时器0主要用于产生超声波脉冲信号，定时器1主要利用其计数功能记录超声波发射的时间和收到反射波的时间，同时进行北京时间计时。在启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器，利用定时器的计数功能记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。当收到超声波反射波时，产生一个中断请求信号，单片机响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，读取时间差，计算距离。4 参考文献1张鹏 HOLTEK HT46系列单片机C语言实例教程.北京邮电大学出版社.2010.62 谭浩强 C语言程序设计（第三版）.清华大学出版社. 2005.73 郭天祥 新概念51单片机C语言教程.电子工业出版社.2009.34 段晨东 单片机原理及接口技术.清华大学出版社.2008.75阎石 数字电子技术基础，高等教育出版社.2006.5