單片機智能控制論文范文

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1系統總體設計

1．1溫度傳感器溫度傳感器具有對大棚內的溫度進行采集、判斷和顯示的作用。DSl8820智能溫度傳感器除了能夠對溫度進行測量之外，還可對溫度進行控制，以及把溫度從二進制轉換成十進制。基于以上優點，本系統選用DSl8820智能溫度傳感器。該傳感器在出廠的時候有自己固定的序列號，序列號為64位，且具有唯一性［8］。信息在通過單線接口進入進出DSl882傳感器時，傳感器和數字轉換電路是集成在一起的。由于該傳感器只有一個數據輸入/輸出口，而DSl8820可以通過并聯的方式并聯到3或2根線上，且CPU只需1根端口線就能與多個DSl8820進行通信。其識別方式簡單，僅需要簡單的通信協議就可識別，從而節省很多的材料及減少一些邏輯電路的發生。現場溫度以“一線總線”的數字方式進行傳輸，不需要A/D轉換器。這種傳輸方式不僅適合在惡劣環境下進行現場測量，同時也大大提高了系統的抗干擾性。用戶還可以自行設定自動報警的溫度上下限值，根據報警的命令來查找是那些DSl8820傳感器的溫度超限，然后對其進行修改［9］。

1．2單片機控制系統本系統之所以選用AT89S52傳感器作為控制器，原因是該傳感器的功能很多，實現起來很方便。該傳感器具有的功能如下:①具有采集數據的功能，并且可以把采集到的數據在本系統選用的JM12864F液晶顯示器上進行實時顯示;同時還可以把采集到的數據和一些控制信息通過串口發送到上位機上，并接收上位機的命令來實現一些參數的設置。②可以通過鍵盤實現參數的設置和手動/自動控制方式的切換。③可以進行輸出控制［10］。

1．3上位機系統采用的上位機是一臺微型計算機，主要作用是通過RS－485進行串行通訊，同時對下位機進行一系列的控制:①向下位機發送采集數據和輸出控制的命令;②接收上傳的下位機采集到的數據。③對下位機進行編號、改變下位機的工作方式、設定下位機溫度報警的上下限值，以及參數的控制;④對采集到的數據進行顯示、存儲及查詢歷史數據。

2系統的主要功能

系統的主要功能主要包括以下3個:棚內環境參數的實時采集、棚內卷簾通風與微噴的控制及上位機的實時監控。棚內環境參數的實時采集功能實現了對土壤和空氣的溫濕度、光照強度、CO2濃度及pH值等的采集;通過安裝的一些傳感器、數據采集模塊和單片機實現實時檢測功能，并將檢測的結果數據顯示在控制柜的LED顯示屏上;最后，將這些數據一并通過無線傳輸模塊發送到上位機，以便園區管理者實時地對棚內的情況進行了解［11］。棚內卷簾通風與微噴的控制功能主要是通過分析采集到的棚內的各種環境參數，結合棚內作物的自身特點要求進行智能決策，實現對卷簾通風和微噴的自動控制。本系統使用的上位機語言開發平臺采用的是C#，該操作平臺的特點是界面簡單明了，可以直觀地顯示棚內的環境參數變化和作物的生長情況。采集到的數據存儲使用的數據庫是SQL2000，對歷史數據的顯示和查閱比較簡單，隨時可以調出歷史數據與當時的實時數據進行對比分析，并可以把數據庫里的數據用Excel表格文件導出，便于后期的數據處理。

3系統硬件電路設計

水稻育秧大棚智能控制系統可以實現以下功能:①上位機可以對下位機傳感器采集到的數據進行分析處理，然后下達指令控制育秧棚內的微噴、卷簾電機工作;②下位機能通過手動控制來操作該系統，且能夠提供良好的人機控制;③采用模塊化的設計思想來達到總體功能的要求。系統由時鐘電路、復位電路、顯示電路、動作執行電路及電機狀態檢測電路5種電路模塊構成［12］。

3．1時鐘電路單片機工作的時間基準是由時鐘電路提供的，在單片機的XTAL1和XYAL2的兩個管腳之間接一個晶振及兩個電容就構成了單片機的時鐘電路。電路中的電容和石英晶振對振蕩頻率有微調作用，通常取(30±10)pF石英晶體，選擇6MHz或12MHz都可以［13］。時鐘電路如圖2所示。

3．2復位電路單片機的RST管腳為主機提供了一個外部復位信號輸入口，復位信號是高電平有效，單片機的復位方式可由手動復位方式完成［14］。復位電路如圖3所示。

3．3電路顯示部分系統采用的字符顯示模塊為JM12864F，無論在硬件連接還是軟件調試方面都比數碼管有一定的優勢。主要體現為:顯示快捷簡單，只要把鑰匙顯示內容放入顯示模塊的存儲器里，就可以直觀地把要顯示的內容顯示出來。JM12864F與單片機的連接電路如圖4所示。

3．4動作執行電路本系統采用繼電路進行控制，通過繼電器開閉來控制卷簾電機進行開關棚。這一模塊是在系統把實際環境溫濕度值與給定界限值相比較后，在越限的情況下執行卷簾電機開/關棚操作。動作執行電路如圖5所示。

3．5電機狀態檢測電路系統可以通過圖中RB、RM、RT、LB、LM、LT檢測電機執行狀態。檢測電路如圖6所示。

4系統軟件設計

系統以C#作為開發語言，開發了水稻育秧棚智能化監控系統，能夠直觀地顯示各個育秧棚內的環境因子變化。同時，采用SQL2000數據庫對所采集的數據進行存儲，通過運算處理顯示各個棚的環境參數，顯示形式以數字、圖形、曲線為主。用戶可以隨時查閱歷史數據、對比每天監測的數據并導出Excel表格文件，進行分析、報表、打印等操作;另外，還能夠根據水稻育秧期的不同時間段對棚內環境參數的不同要求，來設置棚內的參數限值。該系統將以一種統一的、直觀的圖形化界面將信息展現給使用者，做到可視化程度高、人機交互性好、簡單易操作。具體的軟件流程圖如圖7所示［15］。

5RS485串行通訊

RS－485串行通訊具有很多優點，其中比較突出的是它具有前瞻性，是多發送器的電路新標準，采用的電氣接口方式是差分平衡方式，可以從根本上消除地線信號。同時，RS－485串行通訊可以實現距離較長的高速通訊功能。雖然RS－485串行通訊可以進行長距離高速通信，但現實情況是大棚到計算機的距離較長，RS－485串行通訊現有的能力實現不了實際的需要。因此，還需要在控制系統的上位機和單片機之間安裝一個RS－485的轉換器來實現數據的傳輸。RS－485串行通訊的作用是實現控制系統中上位機與單片機系統之間的通訊:上位機給下位機下達各種命令，下位機根據上位機下達的命令進行判斷;根據判斷的結果，下位機給上位機發送該命令所要執行的任務。

6結語

本系統可監測農業設施現場空氣溫濕度、土壤溫度、土壤水分含量等，并進行統計分析，根據育苗溫度設置上下限值，控制電機通風換氣等過程的決策和遠程調控。這套設備集數據測量、存儲、遠程調控和自動報警為一體，使工作人員在辦公室里就能通過網絡看到植物生長狀況，并進行遠程監控［17］。目前，該系統的初期設計成果已經在生產實踐中開始使用，反應效果良好。

作者：董淏鳴衣淑娟趙斌劉英楠魏曉暉王大可單位：黑龍江八一農墾大學信息技術學院