EEPW论坛

　　作品简介

　　1、开发背景
　　近年来，随着温室大棚化种植、工厂化育秧和设施栽培等农业生产技术的广泛应用，快速准确地环境参数的收集和分析就成为现实的需求，利用计算机技术对相应的农业气象参数进行采集，则一方面可及时了解作物生长的环境参数，另一方面也可根据采集的参数控制大棚环境的调节从而为农作物的生长提供适宜的生长环境。由于温室内的湿度、温度等环境条件不适合于普通PC 机工作，故这里选用单片机进行数据采集，而采集的数据可通过串口发射接收设备传送给上位PC 机进行分析处理。

　　2、结构说明
　　该智能监控系统是由PC机作为总监控室的控制机，由IAP15F61S2和STC90C51单片机分别负责收集数据信息，它们之间通过串口进行通讯。与单片机相连的包括:12864液晶显示模块、温度传感器DS18B20、湿度传感器HS1101、光敏传感器、人体红外感应传感器、烟雾传感器MQ-2、PCF8591A/D 转换器等。

　　3、功能与使用说明
　　(1)农业大棚智能监控系统上装有液晶屏，可在线实时采集和记录监测点位的温度、湿度、烟雾、光照等各项环境参数情况。当该系统接通电源时，液晶屏上会显示三个大棚内的各项环境参数。
　　(2)可以通过按键可以切换液晶屏上显示的内容。
　　(3)上位机能够存储大棚的历史数据信息。
　　(4)单片机与单片机之间的多机通信：通过主机(单片机)可以看到另外两个大棚的温度，湿度，光照强度，有无人，有无烟雾等信息。方便用户对所有大棚的信息。方便用户对所有大棚的信息查看。
　　(5)控制中心软件采用C#编写的上位机图形界面，实现上位机终端与单片机之间的通信。通过上位机终端实时显示系统检测的温度、湿度、光照、烟雾等变化，统计温度、湿度、光照等环境数据的历史数据。
　　(6)当上位机显示的温度、湿度、光照超过所定限值时，上传报警信息并进行本地及远程监测，且单片机系统中蜂鸣器也会开始报警，同时小灯不停的闪亮。

　　平台选型说明

　　(1)采用宏晶公司最新STC15系列IAP15F2K61S2 芯片。ISP/IAP，在系统可编程

　　在应用可编程，无需编程器，无需仿真器。可当仿真器使用。

　　(2)增强型8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，速度比普通8051快8-12 倍

　　(3)61K字节片内片内Flash程序存储器，擦写次数10万次以上

　　(4)片内大容量2048字节的SRAM

　　(5)大容量片内EEPROM，擦写次数10 万次数以上

　　(6)共8 通道10 位高速ADC，速度可达30 万次/秒，3 路PWM 还可当3 路D/A使用

　　(7)共3通道捕获/比较单元(CCP/PWM/PCA)

　　(8)内部高可靠复位，8级可选复位门槛电压，彻底省掉外部复位电路

　　(9)内部高精度R/C 时钟，内部时钟从5MHz～35MHz可选，相当于普通8051的60MHz～420MHz

　　(10)两组高速异步串行通信端口(可同时使用)，可在5 组管脚之间进行切换，

　　分时复用可当5组串口使用。

　　(11)一组高速异步串行通信端口SPI。

　　(12)各种接口扩展齐全。

　　(13)一根优质USB 线实现系统供电、程序下载、通信功能。

　　设计说明

　　1、系统介绍
　　农业大棚环境远程监控系统由前端部分来完成对环境监测因子的含量的监测与汇总、转换、传输等工作，监测因子包括温度、湿度、光照、烟雾、有无人员进入等环境参数，这些监测因子由数据采集终端使用不同的方法进行测量获得一个非常准确的测量数据，此结果通过数据处理转换后经由串口向在线监测数据平台传输数据，在线监测数据传输平台来实现数据的接收、过滤、存储、处理、统计分析并提供实时数据查询等任务，当温湿度超过设定值的时候，自动开启或者关闭指定设备。整个系统可达到:安全、可靠、准确、实时、全面、快速、高效的将真实的蔬菜大棚环境信息展现在管理人员的面前。
　　农业大棚环境远程监控系统由两大部分：控制中心、大棚监控点(信息采集一号，信息采集二号，信息采集三号)。

　　2、控制中心
　　(1)主要由PC机和上位机软件构成，它实现对数据的接收、存储、显示、数据请求以及温度曲线显示、等信息管理工作。
　　(2)对温室大棚光照的调节、改善室内空气和对温度、湿度、光照度的上下限值的设定。
　　(3)主系统可随时对从系统采集的信息进行查看。

　　3、大棚监控点
　　(1)实时将现场的气温、光照、烟雾、湿度、有无人员进入等数据采集到数据采集终端内。
　　(2)通过主单片机可以实时查询其他两个从单片机的温度、湿度、光照、有无人、有无烟雾的信息。
　　(3)当温度、湿度、光照超过系统所设定的上下限值时会自动报警，防止事故的发生。

　　4、系统框图　　

　　5、 器件原理及应用
　　温室大棚信息采集系统由IAP15F61S2单片机、AT89C52单片机、汉字图形12864液晶显示模块、温度、湿度、烟雾等传感器、串口收发设备、PCF8591A/D 转换器、按键、排气扇等部分组成。下面对其主要部分给予介绍：

　　1) PCF8591模块　　

　　我们之所以使用平PCF8591模块是因为该模块支持外部4路电压输入采集(电压输入范围0-5v)、集成光敏电阻，可以通过AD采集环境光强精确数值，且PCF8591是具有I2C总线接口的8位A/D及D/A转换器。有4路A/D转换输入，1路D/A模拟输出。这就是说，它既可

　　以作A/D转换也可以作D/A转换。

　　在作品中我们主要用其集成的光敏电阻来采集光照强度，直接利用PCF8591具有I2C总线接口的8位A/D及D/A实现模拟数值的转换，得到光照的百分值。

　　2) 12864液晶显示模块
　　为了使本系统的人机界面较为方便，同时为降低显示程序编制的复杂程度，这里我们使用了12864液晶图形显示模块。该模块内含国标一级简体汉字库，只需给出汉字的区位码，即ASC码可实现汉字或ASC 字符的显示，且3000 多个汉字的容量足以满足绝大部分应用场合汉字显示的需要。

　　在作品中12864液晶屏主要用来显示大棚湿度、温度、光照、是否有烟雾和人群等所有信息，动态显示大棚中温度变化的曲线，显示湿度、温度、光照等的上、下限值。

　　3)温度传感器
　　DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO-92小体积封装形式;温度测量范围为-55℃～+125℃,可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出;其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生。

　　在作品中温度传感器主要用来检测大棚内温度，当大棚内温度超过系统所设定的正常温度时，系统会自动报警 ，提醒操作人员调节室内温度。　　

　　4)湿度传感器
　　湿度传感器—HS1101是基于独特工艺设计的电容元件。可以应用于办公自动化，车厢内空气质量控制，家电，工业控制系统等。在需要湿度补偿的场合他也可以得到很大的应用。它有全互换性 在标准环境下不需校正、长时间饱和下快速脱湿、可以自动化焊接，可靠性与长时间稳定性以及反应时间快等特点。因此本基于农业大棚的多点多参数的信息采集系统采用HS1101测量湿度,采用将HS1101置于555振荡电路中，将电容值的变化砖换成电压频率信号，可以直接被微处理器采集。

　　在作品中我们将使用湿度传感器采集大棚内湿度，将数据传送到上位机终端，便于工作人员实时监测大棚内的湿度情况。当湿度过高或过低时提醒工作人员进行适当的调节。

　　其电路原理图如下所示：　　

　　5)烟雾传感器
　　MQ-2气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。

　　在作品中我们将MQ-2与LM339比较器连接，通过比较器输出的高低电平判断有无烟雾。当有烟雾时系统报警并提醒工作人员注意大棚内情况。

　　其电路原理连接图如下图所示：　　

　　6)人体红外感应传感器　　

　　其功能特点有：

　　(1)全自动感应:人进入其感应范围则输出高电平， 人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。
　　(2)光敏控制(可选择，出厂时未设)：可设置光敏控制，白天或光线强时不感应。
　　(3)温度补偿(可选择，出厂时未设)：在夏天当环境温度升高至30～32℃，探测距离稍变短，温度补偿可作一定的性能补偿。
　　在作品中我们用人体红外感应器来检测有无人进入大棚，当有人进入时系统会自动提醒，通知工作人员有人进入，方便工作人员查看是否是有小偷进入。