成珍等

摘要：隨著智能手機(jī)和移動(dòng)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)溫室大棚可以通過手機(jī)端的APP和4G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制各種設(shè)備和采集數(shù)據(jù)，是實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)+智能農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要方面，在溫室大棚中，通過STC89C52單片機(jī)接受來(lái)自手機(jī)端APP的控制指令，完成溫室大棚的加熱，通風(fēng)，噴灌等多種動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)溫室大棚的手機(jī)端控制，并可以通過傳感器采集溫室的各種數(shù)據(jù)，再上傳到手機(jī)端，本文主要討論基于單片機(jī)接受手機(jī)端指令并根據(jù)指令控制各種外部設(shè)備操作，以及回傳傳感器數(shù)據(jù)的溫室遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；STC89C52；WIFI

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）22-0130-02

Abstract： With the constantly development of the smartphone and the mobile communication technology， agricultural greenhouse can control various devices and collect data through application on android and 4G LTE. This is animportant aspect of accomplish the contact with the internet and intelligent agriculture. In the greenhouse， through the STC89C52 microcontroller to receive from the mobile terminal APP control instructions， to complete the greenhouse heating， ventilation ， sprinkler and other kinds of action. To achieve the mobile terminal control of greenhouse. Besides， all kinds of greenhouse data can be collected into it， and then uploaded to the mobile terminal. This thesis mainly discussed based on microcontroller to accept mobile terminal instructions and in accordance with the instructions to control the operation of all kinds of external equipment， and return of sensor data to remote monitor and control system of greenhouse design.

Key words ：single chip microcomputer； STC89C52； WIFI

1 總體設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)主要包括溫室控制APP，無(wú)線WIFI信號(hào)傳輸模塊和主機(jī)控制模塊三大部分。其中溫室控制APP用于發(fā)出控制指令和顯示溫室環(huán)境參數(shù)，無(wú)線傳輸模塊采用的是濟(jì)南有人科技的USR-WIFI 232-S無(wú)線傳輸模塊，用于通過WIFI接收來(lái)自手機(jī)端APP的指令，然后透明傳輸給主機(jī)。主機(jī)根據(jù)接收到的指令，經(jīng)過譯碼之后，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的繼電器控制設(shè)備的交流接觸器動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟動(dòng)和關(guān)閉相關(guān)設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)溫室大棚的遠(yuǎn)程智能控制，同時(shí)也可以將溫室中的傳感器采集到的數(shù)據(jù)回傳給溫室控制APP端顯示。本文主要討論基于單片機(jī) STC89C52的主機(jī)控制模塊系統(tǒng)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2硬件系統(tǒng)及功能模塊設(shè)計(jì)

2.1 主機(jī)控制模塊

主機(jī)控制模塊由主要由單片機(jī)STC89C52、設(shè)備控制用繼電器、各種傳感器及相關(guān)外圍電路組成，主機(jī)控制模塊通過P3.0和 P3.1與USRWIFI232-S無(wú)線通信模塊串行通信，以便于手機(jī)端APP通信。傳感器獲取的環(huán)境參數(shù)直接輸出數(shù)字化信息，傳給單片機(jī)處理，根據(jù)內(nèi)部初始化的溫室控制的信息，運(yùn)算之后，通過P2.0至P2.7輸出控制動(dòng)作，通過驅(qū)動(dòng)三極管和繼電器，進(jìn)一步控制大電流的交流接觸器動(dòng)作。

主機(jī)控制模塊負(fù)責(zé)接收無(wú)線傳輸模塊傳過來(lái)的指令信號(hào)，進(jìn)行正確的譯碼之后，根據(jù)指令的信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)繼電器，繼而控制對(duì)應(yīng)的交流接觸器來(lái)控制溫室中的各種機(jī)電設(shè)備工作；同時(shí)開始監(jiān)控溫室大棚的環(huán)境參數(shù)，一旦溫度，濕度等環(huán)境參數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的值，通過中斷的形式，給MCU發(fā)送中斷信號(hào)，切斷參與此環(huán)境參數(shù)相關(guān)的機(jī)電設(shè)備工作，最終達(dá)到溫室的自動(dòng)控制。同時(shí)將傳感器探測(cè)到的信息通過無(wú)線傳輸模塊，傳回給手機(jī)端APP，并在APP端顯示目前設(shè)備的工作狀態(tài)和相關(guān)的環(huán)境參數(shù)，使用戶了解溫室的最新狀態(tài)。

2.1.1單片機(jī)模塊

STC89C52是由STC公司生產(chǎn)的一款高性能、低功耗的8位微控制器。它在MCS-51的內(nèi)核的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了相應(yīng)的增強(qiáng)，在性能和功能上有較大的提升。具有片內(nèi)8k字節(jié)Flash、512字節(jié)RAM、4組8位雙向I/O接口。低廉的價(jià)格和較強(qiáng)的性能使STC89C52稱為自動(dòng)控制中最常用的MCU之一。本系統(tǒng)僅使用1片STC89C52即可達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。

2.1.2本地設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊

鑒于溫室控制的加熱器，風(fēng)機(jī)，卷簾電機(jī)等控制都是較大電流的設(shè)備，無(wú)法直接使用繼電器控制，因此本地驅(qū)動(dòng)模塊使用分立元件的繼電器作為初級(jí)控制，后端使用220或者380V的交流接觸器，繼而進(jìn)一步控制各種大功率的設(shè)備。

2.1.3傳感器模塊

通過部署在大棚內(nèi)的傳感器模塊采集數(shù)據(jù)，其中主要的溫度和濕度數(shù)據(jù)采集使用AM2301數(shù)字溫濕度傳感器。它是一款具有數(shù)字校準(zhǔn)輸出的傳感器，采用了獨(dú)特的數(shù)字采集模塊和新型溫濕度采集傳感技術(shù)，足以確保產(chǎn)品可靠性和穩(wěn)定性，而且具有響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)和極低的功耗的特點(diǎn)，目前成為各類溫濕度傳感器的首選，輸出的數(shù)據(jù)直接交由單片機(jī)處理，確定是否開啟通風(fēng)或者加熱，確保溫室的基本溫濕度在合適的范圍，同時(shí)也將數(shù)據(jù)傳回手機(jī)端APP顯示，通知用戶處理。

光照度傳感器：采用基于ROHM的BH1750FVI芯片的光強(qiáng)度檢測(cè)模塊，使用較低的工作電壓，內(nèi)置16bitAD轉(zhuǎn)換器，直接輸出數(shù)字信號(hào)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)開發(fā)的速度，并且成本低廉，在溫室環(huán)境中工作穩(wěn)定。根據(jù)需要可以進(jìn)一步接入其他類型的傳感器。

2.2 USRwifi232-S通信模塊

USR-WIFI232 系列產(chǎn)品是濟(jì)南有人科技研發(fā)的一款用于實(shí)現(xiàn)串口到 WIFI 數(shù)據(jù)包的雙向透明轉(zhuǎn)發(fā)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊。在模塊內(nèi)部完成協(xié)議轉(zhuǎn)換，串口一側(cè)串口數(shù)據(jù)透明傳輸，WIFI 網(wǎng)絡(luò)一側(cè)是 TCPIP數(shù)據(jù)包，通過簡(jiǎn)單設(shè)置即可指定工作細(xì)節(jié)，設(shè)置可以通過模塊內(nèi)部的網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行，也可以通過串口使用 AT 指令進(jìn)行，一次設(shè)置永久保存。用戶無(wú)需關(guān)心具體細(xì)節(jié)，是一款使用簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉的無(wú)線數(shù)據(jù)透明傳輸模塊，廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)與無(wú)線TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊。

3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序包括傳感器數(shù)據(jù)采集程序和通訊解碼程序兩大部分。

3.1傳感器數(shù)據(jù)采集程序

傳感器數(shù)據(jù)采集的基本工作流程為：?jiǎn)纹瑱C(jī)上電時(shí)或者手機(jī)APP端發(fā)出讀傳感器數(shù)據(jù)指令時(shí)，循環(huán)掃描各個(gè)傳感器的輸出數(shù)據(jù)。在程序運(yùn)行過程中，設(shè)定一定的檢測(cè)周期，每個(gè)周期內(nèi)當(dāng)傳感器觸發(fā)且超出設(shè)定的溫室環(huán)境參數(shù)范圍時(shí)，單片機(jī)將采集到的數(shù)據(jù)封裝好，通過無(wú)線傳輸模塊發(fā)送給手機(jī)端APP顯示。

3.2 通訊解碼程序

由于溫室中需要控制的設(shè)備較多，為每一套設(shè)備設(shè)置一套控制指令，則指令會(huì)相當(dāng)復(fù)雜，為了降低與手機(jī)APP通信的數(shù)據(jù)流量和具有較好的可擴(kuò)展性，在本機(jī)存儲(chǔ)一張系統(tǒng)指令表，手機(jī)APP端只需要發(fā)送相應(yīng)的指令代碼，在本機(jī)只需要通過查找指令表即可解析指令的具體控制行為。從而簡(jiǎn)化單片機(jī)的控制方式，增強(qiáng)控制能力。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的溫室遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)，具備溫室各種環(huán)境參數(shù)調(diào)節(jié)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和環(huán)境參數(shù)采集的功能。系統(tǒng)采用設(shè)備驅(qū)動(dòng)和環(huán)境信息采集相結(jié)合，最大程度提高溫室控制的精度和自動(dòng)化程度。且系統(tǒng)整體成本較低，特別適合控制精度要求高的溫室使用。

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