目录 ABSTRACT.........................................................................................................II 第一章 绪论.........................................................................................................1 1.1 农业大棚的特性.............................................................................................................1 1.2 农业大棚温湿度监控技术的发展历程.........................................................................2 1.3 农业大棚监控系统的构成.............................................................................................2 1.3.1 温度和湿度的测量..................................................................................................2 1.3.2 测量数据的传输......................................................................................................2 1.3.3 数据的集中显示和处理..........................................................................................3 第二章 微机控制的大棚监控系统概况..............................................................4 2.1系统功能与结构框图.......................................................................................................4 2.2系统工作过程分析...........................................................................................................5 第三章 系统的硬件设计......................................................................................6 3.1 单片机简介和应用.........................................................................................................6 3.2 DHT11的原理...................................................................................................................7 3.2.1、传感器的信息........................................................................................................7 3.2.2、传感器性能说明....................................................................................................7 3.2.3、 接口说明.........................................................................................................8 3.2.4、 电源引脚.............................................................................................................8 3.3各种标准串行通信接口...................................................................................................8 3.3.1 RS-232的原理..........................................................................................................8 3.3.2 RS-485的特点..........................................................................................................9 3.3.3 RS-485的电压和电流的要求..................................................................................9 3.3.4 RS-485的连接..........................................................................................................9 3.3.5 系统串行接口标准选择........................................................................................10 3.3.6 MAX1480的简介......................................................................................................11 3.4 LED数码管显示原理.....................................................................................................11 第四章 系统的软件设计.................................................................................14 4.1 上位机软件设计...........................................................................................................14 4.2 下位机程序设计...........................................................................................................16 4.2.1 主程序....................................................................................................................16 4.2.2 DHT11的相关程序..................................................................................................18 4.2.3串行通信程序..........................................................................................................21 第五章 系统调试...............................................................................................24 5.1 硬件调试.......................................................................................................................24 论...................................................................................................................27参考文献.............................................................................................................28 第一章绪论 我国是农业大国,农业的现代化建设在我国的科技兴国占略中占有重要位置,没有 农业的现代化,就谈不上全面建设小康社会,也就没有中国整个社会的现代化,因此, 我们必须重视并加快我国的农业现代化的建设。我国作为一个发展中国家,改革开放以 来,我国农业经济得到了迅猛发展,取得了举世瞩目的成绩,但与发达国家相比,我国 的农业经济,无论在速度上、规模上、还是在效益上,与世界现代农业还有很大的差距, 我国的农业现代化建设道路还十分艰巨。我国农业生产的资源比较短缺,在推进农业现 代化进程中,需要将提高资源利用效率作为中心,这是落实科学发展观,建立资源节约 型社会的一个重要方面。提高农业资源利用效率,需要利用先进的农业生产技术,优良 的品种,建立适应区域特点的耕作制度,农业产业结构,同时加强科学管理,实现农业 的可持续发展,加快农业现代化进程。 从农业资源角度看,我国水土资源短缺将是农业现代化进程中长期的、根本性的 制约因素。特别是进入20世纪80年代后,水土资源对农业发展的约束不断加剧,人与水 土资源之间的矛盾日益突出。同时,随着工业化和城市化发展,水土资源被挤占的势头 难以逆转,农业将面临日趋严峻的水土资源短缺。据统计,目前,我国人均耕地、草地、 林地、水资源分别不到世界平均水平的30%、40%、14%和25%,随着经济总量和人口总量 的增加,下个世纪我国农业资源将迅速接近承载能力的上限。综上所述,农业产出效益 对于我国农业发展有着重要意义,而温室大棚的出现,无疑为我国解决了很多农业问题 ,如全年种植等。温室大棚又称暖房。能透光、保温(或加温),用来栽培植物的设施。在 不适宜植物生长的季节,能提供生育期和增加产量,多用于低温季节喜温蔬菜、花卉、 林木等植物栽培或育苗等。目前全球气候变暖的趋势严重,一年中感觉没有春节和秋季 ,严重的影响了我们的正常生产生活,尤其是在我们日常所需的农作物,这样对于我们 农作物的正常生长有着极大的破坏,严重的影响这我们粮食、蔬菜水果等农作物的产出 ,从而影响这我国的市场经济以及国民生活,所以农业大棚的普及是我国农业现代化发 展的必然趋势 1.1农业大棚的特性 农业大棚的主要技术参数是大棚内的温度、湿度、光照强度和二氧化碳浓度,这几 者在农作物生长过程中都是必不可缺的。在大棚内根据不同的农作物,调节不同的生长 综合条件,增加农作物的产出量 1.2农业大棚温湿度监控技术的发展历程 随着农业大棚在我国的日益普及,以及通信工程技术的飞速发展,以往传统的采用 人工测量温湿度的方法已经跟不上现在农业科技的发展脚步了,特别是近几年,单片机 技术渐渐成熟,对农业大棚温湿度远程监控已经是必然趋势。20世纪80年代,我国农业 科研人员在温度环境的控制和管理领域已经开始应用计算机,对于温室中的温度、湿度 。二氧化碳浓度和光照强度等环境因素的 控制技术进行了研究。1982年,中国农业科学研究院建立了第一个农业系统计算 机研究机构,并首次在温室环境中应用了计算机系统。温室的监控系统的研发在我国就 逐步发展起来 1.3农业大棚监控系统的构成 以51单片机为核心,每一个大棚配一台单片机作分机,用来测控各个大棚内的温、 湿度。各温室中的分机都会受主控制机的控制,每一个大棚都配备一台PC机,作为主控 机,控制大棚内的农作物生长的各个因素。由于以单片机为核心构成的监控系统不仅成 本低,灵活性大,而且易于操控等,因此在农业大棚监控系统中应用极为广泛。农业大 棚监控系统的构成大体上可以分为3部分:一是温度和湿度参数的测量转换,二是测量 的数据进行传输,三是数据的集中显示与处理 1.3.1温度和湿度的测量 农业大棚监控系统中温湿度测量是主要环节。温湿度传感器种类很多,主要分为模 拟温湿度传感器和数字温湿度传感器。模拟温度传感器又有线性和非线性之分。不同的 传感器有各自的特点。本次设计所用的传感器模块是DHT11数字温湿度传感器,通过DHT 11测量出的当前环境下的温湿度,然后将所测得的数据传输给AT单片机进行处理和分 析,并存进不同的数组中,以便可以再显示的时候使用,为了稳定的显示,这次设计中 系统每隔5s采集一次数据传输给单片机 1.3.2测量数据的传输 由于各农业大棚距监控中心比较远,一般都有几十米甚至几百米,因此数据传输是 一个远程多机通讯系统。由库房采集的数据在上传过程中往往易受干扰,干扰源主要有 三个方面。一是现场用电设备产生的电磁干扰;二是电源线具有的50Hz工频干扰;三是 各库房之间的公共接地阻抗产生的干扰。监控系统要求有一台PC机作为上位机,管理多 台分机和进行数据集中显示与处理,而RS232通讯协议只允许点对点通讯,最大通讯距 离15米,而且驱动器只允许有2500pF电容负载,通信距离也将受此电容限制。将RS232 转换成可以进行多点通讯的RS485方式是被广泛采用的一种通信方式。RS485通信具有 带载能力强,传输距离远(可达1200m),功耗小,传输速率高(最高达1Mbps)等特点。此外 ,RS485收发器采用平衡发送和差分接收,因此具有很强的抑制共模干扰能力。但是485 总线仍然只是一种常规的通信总线,它不能够做总线的自动仲裁,也就是不能够同时发 送数据以避免总线竞争,所以整个系统的通信效率必然较低,数据的冗余量较大,对于速度要求高的应用场所不适宜用485总线在粮库监控系统中另一种被采用的通信方式是 无线通信。无线数据传输对于在那些布线困难、环境恶劣的工业控制场所,不失是一种 行之有效的数据传输方法。它传输距离远,可以不受障碍物的影响,因此可以节省成本 ,使用上也比较灵活。但是由于无线信号是向空间开放的,因此也很容易受到干扰。数 据的编码方式会影响到传输的可靠性。好的编码方式将带来强的抗干扰性。本系统在设 计中采用了一种基于移频键控原理的编码方式,对要发送的数据进行二次调制,就是把 要发送的数据调制到频率一定的方波信号中发送出去,采用1个周期的2.4KHz方波代表 二进制数“0”, 2个周期的408KHz方波代表二进制数“1”,总的数据发送速率为20 4Kbps,这样在数据传输过程中,数据隐含在2种方波信号中,且方波都在最佳传输速率 中,因此可以有效抑制噪声数据。由于微电子技术的发展,现在的无线数传的发射电路 与接收电路都已实现模块化,简化了电路设计,提高了系统的可靠性。 1.3.3 数据的集中显示和处理 农业大棚监控系统的使用最终是要面向用户的,因此用户监控软件的开发将决定系统 能否方便高效的运行。随着面向对象编程技术的发展,各种面向对象编程语言如VB, VC等逐渐成为用户软件开发的得力工具,在农业大棚监控系统软件设计中都有应用实 例。系统上位机监控软件也可以采用工控组态软件来实现,接口美观,运行可靠。由于 采用标准的图形用户接口,操作十分方便、直观。用户软件功能一般包括数据读取及显 示,报警参数设置,历史曲线打印等。 随着现代化农业技术和计算机技术的发展,温室大棚的监控将会朝着智能化、信息化、 优质高效、低耗能等方向发展,与传统的人工监测相比,现代化的温室大棚可以精确的 控制农作物的生长环境,促进农作物生长,提高产量等等。 第二章微机控制的大棚监控系统概况 农业大棚监控系统是由一台主机控制多台分机,这些分机在从不同的大棚采集温 湿度发送到主机,由主机处理。 2.1系统功能与结构框图 温度或湿度历史曲线查询打印,温度或湿度报替设置。如图2.1所示为系统组成结构框图 图2.1 系统组成结构框图 上位机 主控制机 分机1 分机2 分机N RS485RS485 RS485 单总线 单总线 单总线 RS485 针对农业占地面积大,数量多,被控对象分散,自动化程度要求较高的特点,系统设计采用了分层式系统结构,分散式系统安装。 整个系统从结构上可分为三层:由微型计算机系统构成上位机用户监控层,8051单 片机系统构成主控机的控制层和分机测量层。主控机与n台分机采用主从式分布结构, 通过无线通信方式进行远距离通信,系统组成结构如图2.1所示。其中n为分机台数,n取 值范围为(1-64)。 2.2系统工作过程分析 系统的工作过程说明如下:这套系统的通讯采用循检方式,PC机每隔一定时间便向 主控机发出读温度数据命令。主控机收到命令后,先是将存储在RAM中的最近测量的 数据依次上传给PC机。传输完毕后,主控机向第一台分机发出读温湿度数据命令,命令 经过通信单片机(89C2051)编码后送到RS485。第一台分机的将收到的信号送到分机的 通信单片机进行译码,译码后的命令送给分机CPU,分机CPU解释命令后,将存储在分 机SRAM中的数据通过分机通信单片机的编码依次上传给主控机。主控机接收完毕并校 验无误后,更新存储器中的相应位置的保存数据,然后向第二台分机发出温湿度数据上 传命令,以此类推,直至所有分机都巡阅完毕。分机则利用通信的间隙不断读取粮库中 温度传感器测量的最新温度值,从而更新分机SRAM中的数据,以备主控机读取;所有的 命令和数据都经过CRC- 16校验,如果接收方对接收的命令(数据)校验出错,则会舍弃此帧数据,然后等待下一 次接收。而发送方在接收方无响应超过一定时间后,将认为前面的发送出错,会组织重 发,如果重发三次还无响应,则发送方会放弃此命令的发送,继而进行后续工作。系统 的命令和数据完整的走向如图2.2所示。 DHT11图2.2 命令和数据传输流程图 第三章系统的硬件设计 3.1 单片机简介和应用 单片机也被称为微控制器(Microcontroller),是因为它最早被用在工业控制领域 。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围 设备和CPU集成在一个芯片中,使计算机系统更小,更容易集成进复杂的而对体积要求 严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器,从此以后,单 片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统,因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品 中都会集成有单片机。