温室监控系统的设计

2017-01-09刘晓春陕西航空职业技术学院

电子制作 2016年22期

刘晓春陕西航空职业技术学院

温室监控系统的设计

刘晓春陕西航空职业技术学院

本设计是一套以单片机为前端控制器,以PC机为远程监控机，并集成了WIFI模块智能温室控制系统。可实现温度、湿度、光照等的检测，并将检测到的数据通过串口传送到PC机。可根据现场环境参数通过按键控制通风设备、采光设备、喷洒设备工作，也可通过上位机控制，亦可通过WiFi模块利用手机对各设备进行控制。整个系统操作简单方便，经济适用，接线灵活。

单片机；监控；数据采集；wifi

引言

目前很多温室监控系统大多采用PLC和现场总线控制，这些存在的缺点是操作不方便、接线不灵活和成本高。针对这些缺点我们设计了以单片机为控制核心，配以WiFi模块、RS-232通讯接口，现场配备温度传感器、湿度传感器、光照传感器等，测得的信息实时显示并可通过通讯接口将数据定时传给PC机，供用户分析。依据这些数据可通过上位机对通风系统、采光系统、喷洒系统进行控制。也可利用WiFi模块通过手机上的操作界面进行控制。现场也设计了通风控制按键、采光控制按键和水泵控制按键，操作简单灵活方便。

1.系统总体设计

本系统采用上、下位机控制方案 , 上位机为系统远程监控PC机和人人都有的手机 , 上位 PC 机可以管理多个前端控制器，它是整个控制系统的远程监控中心。采用可视化编程语言C#设计的上位机系统软件, PC机内存储了环境参数知识库以及多种典型作物的专家知识库，应用预测理论,将现场采集数据与知识库中标准数据进行对比，得出控制信号，通过串口发送到现场控制器，来控制现场设备，完成对大棚内温度、湿度、采光度等参数的自动控制。上位机手机采用Java语言开发控制软件，通过wifi模块与下位机进行及通讯。以便用户在巡视大棚农作物时，随时控制通风设备、采光设备、喷洒设备工作。操作简单方便。 PC上位机与下位机通信采用 RS-232 串口。手机与下位机通讯通过WIFI模块。下位机 , 也就是前端控制器 , 放置于大棚内 , 主要完成现场数据的采集和预处理，配备上显示器件，实时显示环境参数。

2.系统硬件设计

依据要求，整个系统硬件主要分为以下几个模块：如图1：

2.1 主控模块

STC15F2K60S2系列单片机是STC生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，共8通道10位高速ADC3路PWM还可当3路D/A使用,共3通道捕获/比较单元(CCP/PWM/PCA) ,两组高速异步串行通信端口(可同时使用), 可编程时钟输出功能, 硬件看门狗看门狗(WDT)等特点。

2.2 温湿度采集模块

温湿度采集模块采用DHT11，是一款有已校准数字信号输出的温湿度传感器。精度湿度±5%RH，温度±2℃，量程湿度20-90%RH，温度0～50℃。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。产品为4针单排引脚封装，连接方便。

2.3 光照采集模块

On9658是可见光照度传感器，是一个光电集成传感器，典型入射波长为λp=520nm，内置双敏感元接收器，可见光范围内高度敏感，输出电流随照度呈线性变化。

2.4 wifi模块

wifi模块选用ESP8266，是一款超低功耗的UART-WiFi透传模块，拥有业内极富竞争力的封装尺寸和超低能耗技术，专为移动设备和物联网应用设计，可将用户的物理设备连接到Wi-Fi无线网络上，进行互联网或局域网通信，实现联网功能。

2.5 显示模块

显示模块选用Nokia5110液晶显示屏，它是一款比较经典机型，具有性价比高，可显示15个汉字， 30个字符；接口只需要4根I/O线；速度快；工作电压为3.3V；具有掉电模式。

2.6 串口通讯模块

串口通讯模块主要完成单片机与PC机之间的通讯，单片机与PC机之间通过MAX232芯片完成电平转换。