棚室农业环境监控系统的设计及主要器件选择
来源： http://www.grainyq.com/ 类别：实用技术 更新时间：2013-04-19 阅读次
【本资讯由中国粮油仪器网提供】 设计一套棚室农业环境监控系统，监控系统监测棚内的各种环境参数，并将所监测到的数据由无线模块传输并存储到上位机。该系统可以实时对温湿度，土壤水分等参数进行监测并控制相应的执行器对棚内温度，水分等参数进行调整以达到植物生长最佳状态。
根据需求分析，采用模块化和分层次设计，把系统分为硬件设计和软件设计两部分。最后把硬件和软件集成在一起进行调试。
1、棚室农业环境监控系统的总体设计
设计一套棚室农业环境监控系统，监控系统监测棚内的各种环境参数，诸如二氧化碳检测仪对棚内二氧化碳含量进行监测，并将所监测到的数据由无线模块传输并存储到上位机。该系统可以实时对温湿度，土壤水分等参数进行监测并控制相应的执行器对棚内温度，水分等参数进行调整以达到植物生长最佳状态。根据需求分析，采用模块化和分层次设计，把系统分为硬件设计和软件设计两部分。最后把硬件和软件集成在一起进行调试。
2、MSPF430单片机
核心芯片选用MSP430单片机，MSP430单片机是一种超低功耗的混合信号控制器，它根据不同的应用提供不同型号的单片机，这里我们选用单片机的型号是MSP430F149，它具有16位RSIC结构，通过采用不同的时钟源工作可以使器件满足不同的功耗要求，当芯片处在低功耗模式下，数字控制振荡器（DCO）可以使器件从低功耗模式下迅速唤醒，能够在少于6us的时间内从低功耗转到激活工作模式。它的主要特点：（1）超低功耗。在1.8~3.6V的电压，1MHz时钟频率下运行，耗电电流在0.1~400uA之间，该系列单片机具有16个中断源，并可以嵌套使用，使用中断请求将CPU从低功耗模式下唤醒只要6us的时间。（2）处理能力强。该系列单片机为16位的RSIC结构，具有丰富的寻址方式，简捷的指令，大量的寄存器，较高的处理速度，是传统51单片机远远达不到的。（3）丰富的外设资源。主要的外设有定时器，看门狗，比较器，串口，硬件乘法器，ADC模块等外设。（4）调试方便。该系列单片机一般是基于FLASH型的并提供JTAG口，因此能很好地实现在线仿真功能。
3、传感器的选择
温度传感器选用了DS18B20数字温度传感器，用来采集土壤温度。从而发现规律，使作物能更好的生长。数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，在其内部使用了在板（ON-B0ARD）专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好地解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。另外，一般监控现场的电磁环境都非常恶劣，各种干扰信号较强，模拟温度信号容易受到干扰而产生测量误差，影响测量精度。因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案，新型数字温度传感器DS18B20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。
4、软件设计
用C语言对单片机按照模块化的思想进行编译，主要分为以下模块：显示模块，通信模块，控制模块，传感器口模块。传感器有数字信号传感器和模拟信号传感器，数字信号传感器按照其相应的时序对其编程，把数据直接传到单片机即可。模拟信号传感器输出模拟信号，需对信号进行模数转换，在传入单片机，430单片机内置AD模块，将模拟信号传感器接到带有AD转换功能的I/O引脚上，对单片机的AD模块进行编程设置即可。
针对温室大棚中的环境进行监测，通过监测的数据对温室中的环境做相应的调整以适合作物生长的最佳条件，并与上位机进行无线通信，把采集的数据上传到上位机，在上位机上可以显示数据并可对下位机进行控制，同样可以用手机进行采集数据和控制。
根据需求分析，采用模块化和分层次设计，把系统分为硬件设计和软件设计两部分。最后把硬件和软件集成在一起进行调试。
1、棚室农业环境监控系统的总体设计
设计一套棚室农业环境监控系统，监控系统监测棚内的各种环境参数，诸如二氧化碳检测仪对棚内二氧化碳含量进行监测，并将所监测到的数据由无线模块传输并存储到上位机。该系统可以实时对温湿度，土壤水分等参数进行监测并控制相应的执行器对棚内温度，水分等参数进行调整以达到植物生长最佳状态。根据需求分析，采用模块化和分层次设计，把系统分为硬件设计和软件设计两部分。最后把硬件和软件集成在一起进行调试。
2、MSPF430单片机
核心芯片选用MSP430单片机，MSP430单片机是一种超低功耗的混合信号控制器，它根据不同的应用提供不同型号的单片机，这里我们选用单片机的型号是MSP430F149，它具有16位RSIC结构，通过采用不同的时钟源工作可以使器件满足不同的功耗要求，当芯片处在低功耗模式下，数字控制振荡器（DCO）可以使器件从低功耗模式下迅速唤醒，能够在少于6us的时间内从低功耗转到激活工作模式。它的主要特点：（1）超低功耗。在1.8~3.6V的电压，1MHz时钟频率下运行，耗电电流在0.1~400uA之间，该系列单片机具有16个中断源，并可以嵌套使用，使用中断请求将CPU从低功耗模式下唤醒只要6us的时间。（2）处理能力强。该系列单片机为16位的RSIC结构，具有丰富的寻址方式，简捷的指令，大量的寄存器，较高的处理速度，是传统51单片机远远达不到的。（3）丰富的外设资源。主要的外设有定时器，看门狗，比较器，串口，硬件乘法器，ADC模块等外设。（4）调试方便。该系列单片机一般是基于FLASH型的并提供JTAG口，因此能很好地实现在线仿真功能。
3、传感器的选择
温度传感器选用了DS18B20数字温度传感器，用来采集土壤温度。从而发现规律，使作物能更好的生长。数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，在其内部使用了在板（ON-B0ARD）专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好地解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。另外，一般监控现场的电磁环境都非常恶劣，各种干扰信号较强，模拟温度信号容易受到干扰而产生测量误差，影响测量精度。因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案，新型数字温度传感器DS18B20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。
4、软件设计
用C语言对单片机按照模块化的思想进行编译，主要分为以下模块：显示模块，通信模块，控制模块，传感器口模块。传感器有数字信号传感器和模拟信号传感器，数字信号传感器按照其相应的时序对其编程，把数据直接传到单片机即可。模拟信号传感器输出模拟信号，需对信号进行模数转换，在传入单片机，430单片机内置AD模块，将模拟信号传感器接到带有AD转换功能的I/O引脚上，对单片机的AD模块进行编程设置即可。
针对温室大棚中的环境进行监测，通过监测的数据对温室中的环境做相应的调整以适合作物生长的最佳条件，并与上位机进行无线通信，把采集的数据上传到上位机，在上位机上可以显示数据并可对下位机进行控制，同样可以用手机进行采集数据和控制。
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