畢業(yè)論文--智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在科技高速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式已經(jīng)漸漸跟不上快速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)需求。因此人們利用先進(jìn)現(xiàn)代化科技創(chuàng)造了溫室大棚、作物雜交、無土栽培、太空育種等眾多現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)種植技術(shù)。但這些先進(jìn)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式大多數(shù)都是投入成本高，操作技術(shù)復(fù)雜，對(duì)操作人員的素質(zhì)要求很高，從而難

2、以使普通的農(nóng)民用戶運(yùn)用上這些先進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。</p><p>　　本課題意在設(shè)計(jì)一款適合普通農(nóng)民大眾使用智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)，本智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)主要應(yīng)用于溫室大棚農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。本系統(tǒng)主要基于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用ARM920T架構(gòu)的S3C2440A芯片作為主控芯片，用DHT11(溫濕度監(jiān)測)、MH-410D5(二氧化碳傳感器)、MQ-2(煙霧監(jiān)測傳感器)、TSL2561(光照強(qiáng)度傳感器)等傳感器作為系統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測模塊，用

3、RS485串口作為系統(tǒng)遠(yuǎn)程通信接口，用P35觸摸屏作為系統(tǒng)人機(jī)交互窗口。本系統(tǒng)的最終實(shí)現(xiàn)效果為能夠?qū)厥覂?nèi)溫濕度、光照強(qiáng)度、CO?濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測，且能將監(jiān)測數(shù)據(jù)在P35屏上以直觀的形式顯示出來，當(dāng)其中的某項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)系統(tǒng)能立馬做出信息反饋，調(diào)動(dòng)其他設(shè)備及時(shí)對(duì)溫室環(huán)境做出調(diào)控。最后系統(tǒng)還能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和檢測溫室內(nèi)煙霧與可燃性氣體的濃度，做到遇火災(zāi)報(bào)警功能。</p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)具有簡單易用、成本低廉、

4、智能化程度高、可靠性高等特點(diǎn)，非常適合普通農(nóng)民大眾使用。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 溫室大棚、智能監(jiān)測、嵌入式、傳感器</p><p>　　DESIGN OF INTELLIGENT AGRICULTURAL MONITORING SYSTEM</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　

5、　In today's rapid development of science and technology, the traditional mode of agricultural production has gradually failed to keep pace with rapid economic development needs.So people use advanced science and tech

6、nology created the greenhouses, soilless cultivation technology, space breeding, and many other modern agricultural cultivation techniques.But most of these advanced agricultural mode of production is high cost, complex

7、operation technology, high quality requirements for operator, use</p><p>　　This topic aims to design a suitable for the use of intelligent monitor and control system for agricultural ordinary farmers, the in

8、telligent monitoring system is mainly used in agricultural greenhouses in agricultural production.It is mainly based on the embedded system design, with samsung S3C2440 chip as a system of master control chip, using DHT1

9、1 (temperature and humidity monitoring), MH – 410D5 (carbon dioxide sensor), MQ - 2 (smoke monitoring sensor), TSL2561 (such as light intensity sens</p><p>　　The whole system is simple and easy to use, low c

10、ost, high intelligent degree, high reliability characteristics, very suitable for the use of ordinary farmers.</p><p>　　KEY WORDS：Greenhouses, Intelligent Monitoring, Embedded, Sensors</p><p>&l

11、t;b>　　目　錄</b></p><p><b>　　前　言1</b></p><p><b>　　第1章 緒論2</b></p><p>　　§1.1 智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的概念2</p><p>　　§1.2 智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的主要內(nèi)容2</p&

12、gt;<p>　　§1.3 智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的主要特點(diǎn)2</p><p>　　§1.4 智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的研究意義3</p><p>　　§1.5 農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展歷程與未來發(fā)展趨勢3</p><p>　　第2章 智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案4</p><p>　　§2.1 智

13、能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述4</p><p>　　§2.1.1 功能要求4</p><p>　　§2.1.2 技術(shù)指標(biāo)4</p><p>　　§2.2 智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案4</p><p>　　§2.3 智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方案6</p><p>　　第3

14、章 智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)7</p><p>　　§3.1 微處理器的選擇7</p><p>　　§3.1.1 S3C2440A簡介7</p><p>　　§3.1.2 S3C2440A的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)7</p><p>　　§3.1.3 S3C2440A的主要功能介紹8</p&g

15、t;<p>　　§3.1.4 S3C2440A的PWM定時(shí)器9</p><p>　　§3.1.5 S3C2440A的中斷系統(tǒng)10</p><p>　　§3.2 傳感器的選擇11</p><p>　　§3.2.1 傳感器的對(duì)比與選擇11</p><p>　　§3.2.2 傳

16、感器簡介13</p><p>　　§3.2.3 傳感器引腳說明及數(shù)據(jù)傳輸17</p><p>　　§3.3 觸屏顯示器P3521</p><p>　　§3.3.1 P35屏引腳說明22</p><p>　　§3.3.2 P35屏的控制與配置23</p><p>　　&#

17、167;3.4 MCU外圍電路設(shè)計(jì)23</p><p>　　§3.4.1 電源電路設(shè)計(jì)24</p><p>　　§3.4.2 485通信接口設(shè)計(jì)24</p><p>　　§3.4.3 報(bào)警與復(fù)位電路設(shè)計(jì)25</p><p>　　§3.4.4 執(zhí)行控制電路設(shè)計(jì)26</p><

18、p>　　第4章 智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)27</p><p>　　§4.1 程序設(shè)計(jì)的基本框架27</p><p>　　§4.2 軟件流程分析28</p><p>　　§4.3 各模塊程序設(shè)計(jì)28</p><p>　　§4.3.1 數(shù)據(jù)采集模塊程序設(shè)計(jì)28</p><

19、p>　　§4.3.2 顯示模塊程序設(shè)計(jì)31</p><p>　　§4.3.3 執(zhí)行模塊及報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì)32</p><p>　　第5章 系統(tǒng)調(diào)試34</p><p>　　§5.1 軟硬件調(diào)試34</p><p>　　§5.1.1 硬件調(diào)試34</p><p>　

20、　§5.1.2 軟件調(diào)試34</p><p>　　§5.1.3 軟硬件關(guān)聯(lián)調(diào)試34</p><p>　　§5.2 功能測試34</p><p><b>　　結(jié)　論36</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b></p><p&

21、gt;<b>　　致　謝39</b></p><p><b>　　附　錄40</b></p><p><b>　　前　言</b></p><p>　　自從改革開放以來我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)生了巨大變化，但農(nóng)業(yè)一直在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，可是隨著社會(huì)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式已經(jīng)漸漸滿足不了現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)

22、展的需求。并且我國雖有廣闊的疆域，但大部分地區(qū)并不適合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。所以為了使農(nóng)業(yè)發(fā)展跟上現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的步伐，必須得通過運(yùn)用現(xiàn)代科技來漸漸改善傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。</p><p>　　眾所周知環(huán)境無疑是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最大因素，但在自然狀態(tài)下人們很難干預(yù)環(huán)境對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，因此溫室大棚應(yīng)運(yùn)而生。溫室大棚是最能代表現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科技產(chǎn)物之一。但溫室大棚之所以能夠有效的控制農(nóng)作物生長環(huán)境，就是依賴于它對(duì)內(nèi)部環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測

23、，可是先進(jìn)監(jiān)測技術(shù)投入成本高，操作技術(shù)復(fù)雜，對(duì)操作人員的素質(zhì)要求很高，使得這種先進(jìn)的溫室種植技術(shù)難以在普通農(nóng)民用戶中得到推廣。大多數(shù)普通農(nóng)民用戶還是依靠人工操作對(duì)溫室環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測。這種方法不但耗時(shí)耗力，并且效率很低，很難達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測的要求。從而無法在最恰當(dāng)?shù)臅r(shí)刻及時(shí)做出對(duì)環(huán)境的調(diào)控，例如濕度低了需要澆水，溫度低了需要保暖，光照不足需要加強(qiáng)光照度，二氧化碳濃度過高需要通風(fēng)等。這些對(duì)農(nóng)作物生長最重要的環(huán)境因素只有在實(shí)時(shí)有效的監(jiān)測下，并且及時(shí)

24、做出反饋調(diào)控才能更利于作物生長提高產(chǎn)量，從而使溫室大棚的經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。本設(shè)計(jì)就是一套以嵌入式系統(tǒng)為基礎(chǔ)，做到對(duì)溫室內(nèi)溫濕度、光照強(qiáng)度、CO?濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測，并在各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)立馬做出信息反饋，調(diào)動(dòng)其他設(shè)備及時(shí)對(duì)溫室環(huán)境做出調(diào)控的智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)。</p><p>　　就技術(shù)層面而言本系統(tǒng)主要包括環(huán)境監(jiān)測模塊、數(shù)碼顯示模塊、報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)傳輸電路以及執(zhí)行調(diào)節(jié)電路。環(huán)境檢測塊用到的傳感器主要有：DHT11(溫

25、濕度監(jiān)測)、MH-410D5(二氧化碳傳感器)、MQ-2(煙霧監(jiān)測傳感器)、TSL2561(光照強(qiáng)度傳感器)，數(shù)據(jù)傳輸電路為預(yù)留RS485接口，數(shù)碼顯示模塊為P35屏，主控為三星公司的S3C2440A芯片。</p><p>　　本課題意在打造一款智能化程度高、可靠性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、操作簡單、成本低廉適合普通農(nóng)民大眾使用的溫室大棚智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)。</p><p><b>　　緒論&

26、lt;/b></p><p>　　智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的概念</p><p>　　智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)是溫室大棚內(nèi)一套對(duì)內(nèi)部作物生長環(huán)境能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測，并且實(shí)時(shí)控制的系統(tǒng)。它是現(xiàn)代化溫室大棚農(nóng)業(yè)技術(shù)的核心，正是由于溫室大棚擁有強(qiáng)大的監(jiān)測系統(tǒng)，它才能創(chuàng)造出最適宜作物生長的環(huán)境，提高作物產(chǎn)量，使農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益得到顯著提高。</p><p>　　智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的主要內(nèi)容<

27、;/p><p>　　本智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)是以ARM9系列的S3C2440A為控制核心，具有優(yōu)越的嵌入式特性和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力，與傳統(tǒng)51芯片相比ARM芯片在性能上有了巨大的飛躍，配合上DHT11、MH-410D5、TSL2561等傳感器的使用，本系統(tǒng)做到了對(duì)溫室內(nèi)各項(xiàng)重要環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。該監(jiān)測系統(tǒng)不但可以監(jiān)測作物生長環(huán)境指標(biāo)，還可以通過對(duì)傳感器采集過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)刻做出合理的反饋控制，進(jìn)而達(dá)到對(duì)溫室

28、大棚內(nèi)環(huán)境的調(diào)節(jié)功能。再配備MQ-2(煙霧監(jiān)測傳感器)和報(bào)警電路使它還擔(dān)負(fù)起了大棚內(nèi)火災(zāi)預(yù)警功能增加了溫室大棚的安全系數(shù)。整個(gè)溫室大棚內(nèi)的環(huán)境指標(biāo)都會(huì)以數(shù)據(jù)的形式在P35屏上直觀的顯示出來，用戶還可以通過屏幕上的虛擬按鍵對(duì)溫室大棚內(nèi)環(huán)境進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，例如澆水、升溫、通風(fēng)、增強(qiáng)光照等操作。系統(tǒng)還預(yù)留有RS485接口，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。</p><p>　　智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的主要特點(diǎn)</p>&

29、lt;p>　　和傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)監(jiān)測相比，智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)具有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)：</p><p>　　靈敏度高，本監(jiān)測系統(tǒng)采用當(dāng)代行業(yè)內(nèi)流行的傳感器，傳感器技術(shù)成熟制作精良，溫室環(huán)境發(fā)生輕微變化，系統(tǒng)都能檢測到；</p><p>　　能夠進(jìn)行連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測，本監(jiān)測系統(tǒng)上電后不再需要人工控制，內(nèi)置主控芯片可以實(shí)時(shí)連續(xù)讀取監(jiān)測數(shù)據(jù)，并在極短時(shí)間間隔內(nèi)處理數(shù)據(jù)做出相應(yīng)；</p><

30、;p>　　測量精度高，本監(jiān)測系統(tǒng)各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)采用采集多組數(shù)據(jù)然后取平均值進(jìn)行分析，大大提高了測量精度；</p><p>　　具有自動(dòng)控制能力，系統(tǒng)可以根據(jù)不同時(shí)期的不同預(yù)設(shè)值與溫室內(nèi)采集到的值進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而做出相應(yīng)的控制調(diào)節(jié)；</p><p><b>　　系統(tǒng)穩(wěn)定性高；</b></p><p>　　能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的控制功能；</p&g

31、t;<p>　　具有遠(yuǎn)程控制功能，本監(jiān)測系統(tǒng)預(yù)留有RS485通信接口，可以與計(jì)算機(jī)相連，從而實(shí)現(xiàn)讓你足不出戶就能實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室大棚的遠(yuǎn)程控制。</p><p>　　智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的研究意義</p><p>　　近年我國在溫室環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域上做了很多研究，并且在溫室栽培等技術(shù)上獲得了顯著成果。但由于我國在該領(lǐng)域的研究起步時(shí)間太晚，缺乏配套的技術(shù)與設(shè)備，使得我國在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域能力低，

32、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力有限?？梢跃邆淙晟a(chǎn)能力的大型現(xiàn)代化溫室大棚很少。如果依靠國外進(jìn)口的溫室設(shè)備，投資又非常巨大，并且溫室操作復(fù)雜，對(duì)工作人員的素質(zhì)要求也很高，因此我國在溫室環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域還有很多地方需要提高。本智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)正好迎合了我國現(xiàn)在的廣大普通農(nóng)民用戶的需求，它成本低、操作簡單、智能化程度高的特點(diǎn)使它具有良好的應(yīng)用前景和廣闊的市場前景。適合在普通農(nóng)民用戶中進(jìn)行推廣，為我國普通農(nóng)民大眾帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。</p>

33、<p>　　農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展歷程與未來發(fā)展趨勢</p><p>　　從20世紀(jì)70年代開始，人們利用模擬式組合儀表，采集現(xiàn)場信息，并且進(jìn)行指示、記錄和控制。到了80年代末，出現(xiàn)了分布式環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)?，F(xiàn)在最前沿的溫室監(jiān)測系統(tǒng)為以計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)的多因子綜合控制系統(tǒng)[1]。21世紀(jì)是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，很多技術(shù)都在向網(wǎng)絡(luò)的方向發(fā)展，農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)也不例外，在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)溫室大棚的網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化管

34、理，無線互聯(lián)網(wǎng)控制，在強(qiáng)大的“云服務(wù)”控制下創(chuàng)造出完全自動(dòng)化、無人化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地是智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)未來發(fā)展的趨勢之一。</p><p>　　智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述</p><p><b>　　功能要求</b></p><p>　　系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)溫室大棚內(nèi)的溫室度、光

35、照強(qiáng)度、CO?濃度、煙霧濃度達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測。</p><p>　　當(dāng)溫室內(nèi)某項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)系統(tǒng)要發(fā)出相應(yīng)的反饋控制信息。</p><p>　　溫室大棚內(nèi)被監(jiān)測的環(huán)境數(shù)據(jù)要以直觀易懂的形式在LCD屏上顯示出來，用戶還要能夠通過屏幕上的虛擬按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室內(nèi)相關(guān)設(shè)備的控制。</p><p>　　本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)有RS485接口，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測。</p&

36、gt;<p><b>　　技術(shù)指標(biāo)</b></p><p><b>　　?額定電壓：5V</b></p><p>　　?額定電流：1.5A</p><p>　　?環(huán)境溫度：0～50℃</p><p>　　?檢測參數(shù)及范圍見表2-1</p><p>　　表2-1系

37、統(tǒng)環(huán)境檢測參數(shù)</p><p>　　智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案</p><p>　　智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)有一個(gè)微處理器做為主控，在該微處理器的外圍進(jìn)行設(shè)備擴(kuò)展如添加Nandflash作為系統(tǒng)的ROM、SDRAM作為系統(tǒng)的RAM、傳感器作為環(huán)境檢測模塊、P35屏作為顯示器、蜂鳴器作為報(bào)警裝置、485接口作為通信接口。圖2-1表述了智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)原理圖。</p>&l

38、t;p>　　圖2-1 智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　1. 微處理器</b></p><p>　　微處理器又稱MCU，它是由一片或少數(shù)幾片大規(guī)模集成電路組成，具有電路執(zhí)行控制能力與算數(shù)邏輯運(yùn)算功能，在微型計(jì)算機(jī)中擔(dān)當(dāng)“大腦”一職。本智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)備就相當(dāng)于一部微型計(jì)算機(jī)，其中“大腦”一職由三星公司生產(chǎn)的S3C2440A承擔(dān)。<

39、/p><p><b>　　2. 傳感器</b></p><p>　　傳感器是一種檢測裝置，它能夠接收到被測量的信息，并且能夠?qū)⒔邮盏降男畔?，按照一定的?guī)律轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)或其他形式信息傳輸出去，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信息的傳送、處理、儲(chǔ)存、顯示、控制等需求。通常由感應(yīng)元件和轉(zhuǎn)換元件組成[2]。本智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)用到的傳感器有DHT11、MH-410D5、TSL2561、MQ-2，作為本監(jiān)測

40、系統(tǒng)的監(jiān)測模塊，它們分別負(fù)責(zé)監(jiān)測溫室大棚中的溫濕度、CO?濃度、光照強(qiáng)度、煙霧與可燃性氣體濃度等農(nóng)作物生長所必須的環(huán)境因素和大棚內(nèi)的火災(zāi)預(yù)警。</p><p><b>　　3. 數(shù)據(jù)顯示</b></p><p>　　數(shù)據(jù)顯示是為了更好的實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，方便用戶的用戶操作，使用戶更直觀的了解到溫室大棚內(nèi)各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)的實(shí)時(shí)變化。本智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)所選的顯示模塊為P35觸摸屏

41、，它不但負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)顯示的任務(wù)同時(shí)還承擔(dān)著“按鍵”的責(zé)任，屏幕上會(huì)呈現(xiàn)四個(gè)“虛擬按鍵”分別負(fù)責(zé)對(duì)溫度、濕度、CO?濃度、光照強(qiáng)度的調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　4. 擴(kuò)展接口</b></p><p>　　為了增強(qiáng)系統(tǒng)的拓展功能應(yīng)合嵌入式可裁剪、方便移植的特性，本智能農(nóng)業(yè)操作系統(tǒng)中預(yù)留了一個(gè)RS485串口接口，該接口可以將系統(tǒng)檢測的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)千米外，將接口接入電腦便

42、可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測[3]。</p><p><b>　　5. 火災(zāi)預(yù)防</b></p><p>　　處于安全生產(chǎn)考慮本系統(tǒng)增加了火災(zāi)預(yù)警模塊，該模塊包含煙霧與可燃性氣體檢測和報(bào)警功能，MQ-2可以檢測煙霧濃度與易燃性氣體濃度，當(dāng)二者濃度超過警戒值時(shí)蜂鳴器就會(huì)被拉響。</p><p>　　智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方案</p>

43、<p>　　智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的硬件電路確定以后，軟件負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的主要功能實(shí)現(xiàn)。由軟件來實(shí)現(xiàn)硬件電路的運(yùn)行，其中包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)碼顯示、環(huán)境調(diào)節(jié)、超閾值報(bào)警等。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)需要有一個(gè)細(xì)致全面的過程。首先要清楚的列出智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)中各系統(tǒng)部件與軟件設(shè)計(jì)的相關(guān)特點(diǎn)，并進(jìn)行定義和說明，作為軟件設(shè)計(jì)的依據(jù)。在此基礎(chǔ)上畫出軟件設(shè)計(jì)的基本框架圖、主程序流程圖。再將程序流程圖中列舉的一系列操作用C語言編寫出來，然后通過Keil uvi

44、sion4編譯調(diào)試，調(diào)試完成后通過J-Flash ARM V4.36g下載到系統(tǒng)的NandFlash內(nèi)，至此軟件設(shè)計(jì)基本完成。</p><p>　　智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p><b>　　微處理器的選擇</b></p><p>　　本智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)選擇的微處理器為三星公司生產(chǎn)的S3C2440A。</p>&l

45、t;p>　　S3C2440A簡介</p><p>　　S3C2440A 由三星公司生產(chǎn)，以 ARM920T為核心，采用0.13µm 的 CMOS 存儲(chǔ)器單元和標(biāo)準(zhǔn)宏單元。具有功耗低，精簡，全靜態(tài)特點(diǎn)，它是專門針對(duì)成本和功率敏感型的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。S3C2440A 的突出特點(diǎn)是其處理器核心，是一個(gè)由 Advanced RISC Machines（ARM）公司設(shè)計(jì)的 16/32 位ARM920T 的 R

46、ISC 處理器。實(shí)現(xiàn)了MMU與AMBA總線以及哈佛結(jié)構(gòu)的高速緩沖體系，具備獨(dú)特16Kb的高速指令緩存和數(shù)據(jù)緩存，使得它的性能非常出眾[4]。</p><p>　　S3C2440A的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)</p><p>　　S3C2440A的內(nèi)核組成結(jié)構(gòu)如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 S3C2440A內(nèi)核結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　S

47、3C2440A的主要功能介紹</p><p>　　S3C2440A的主要片上功能有：</p><p>　　● 1.2V 內(nèi)核供電, 1.8V/2.5V/3.3V 儲(chǔ)存器供電, 3.3V 外部 I/O口供電，具備 16KB 的高速數(shù)據(jù)緩存和 16KB 的高速指令緩存和 MMU的微處理器● 外部存儲(chǔ)控制器（SDRAM 控制和片選邏輯控制）● LCD 控制器（最大支持 4K 色 STN 和

48、256K 色 TFT）提供 1 通道 LCD 專用 DMA● 4個(gè)DMA 通道并有外部請(qǐng)求引腳● 3 個(gè)UART通道（IrDA1.0, 64 字節(jié)發(fā)送 FIFO 和 64 字節(jié)接收 FIFO）● 2 個(gè)SPI通道● 1 個(gè)I²C 總線接口（支持多主機(jī)）● 1 個(gè)I²S 總線音頻編碼器接口● AC’97 編解碼器接口● 支持 SD 主接口協(xié)議 1.0 版和 MMC 卡協(xié)議 2.11 兼容版● 2 個(gè) U

49、SB 主機(jī)通道/1個(gè) USB 設(shè)備通道（1.1 版）● 4 個(gè) PWM 定時(shí)器通道和 1 個(gè)內(nèi)部定時(shí)器/看門狗定時(shí)器通道● 8 個(gè) 10 位 ADC 通道和觸摸屏接口● 具有日歷功能的 RTC● 攝像頭接口（最大支持 4096×4096 像素輸入；2048×2048 像素輸入支持縮放）</p><p>　　S3C2440A的PWM定時(shí)器</p><p>　　S3

50、C2440A有5個(gè)16位定時(shí)器。其中定時(shí)器0、1、2、3具有脈寬調(diào)制（PWM）功能。定時(shí)器4為內(nèi)部定時(shí)器沒有輸出引腳。定時(shí)器0包含一個(gè)死區(qū)發(fā)生器，用于大電流驅(qū)動(dòng)[5]。</p><p>　　定時(shí)器0和1使用同一個(gè)8位預(yù)分頻器，定時(shí)器2、3、4共用另外一個(gè)8位預(yù)分頻器。每個(gè)定時(shí)器都包含一個(gè)時(shí)鐘分頻器，可以生成5種不同的分頻信號(hào)（1/2、1/4、1/8、1/16和TCLK）。每個(gè)定時(shí)器模塊都是從相應(yīng)預(yù)分頻器中的時(shí)鐘分

51、頻器來得到自己的時(shí)鐘信號(hào)。8位預(yù)分頻器是可編程的，并且按照存儲(chǔ)在TCFG0和TCFG1寄存器中的加載值來分頻PCLK。</p><p>　　定時(shí)器遞減初始值儲(chǔ)存在定時(shí)計(jì)數(shù)緩沖寄存器（TCNTBn）中，定時(shí)器在遞減計(jì)時(shí)開始前還需要一個(gè)與定時(shí)器遞減初始值做比較的比較初始值，該值儲(chǔ)存在定時(shí)比較緩沖寄存器（TCMPBn）中，該值的主要用于脈寬的調(diào)制（PWM）。TCNTBn和TCMPBn雙緩沖寄存器有效的確保了改變頻率和占

52、空比時(shí)，定時(shí)器仍然能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出。</p><p>　　每個(gè)定時(shí)器都有自己獨(dú)立的16位遞減計(jì)數(shù)器用于定時(shí)。當(dāng)遞減計(jì)數(shù)器的值減到0時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)定時(shí)器中斷請(qǐng)求信號(hào)，告知CPU定時(shí)任務(wù)已完成。</p><p>　　當(dāng)一個(gè)定時(shí)任務(wù)完成后，相應(yīng)的定時(shí)計(jì)數(shù)緩沖寄存器（TCNTBn）中的初始值會(huì)被自動(dòng)加載到遞減計(jì)數(shù)器中，繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)定時(shí)操作。如果定時(shí)器被關(guān)閉，例如，定時(shí)器在運(yùn)行過程中TCONn

53、的定時(shí)使能位突然被清除，則定時(shí)計(jì)數(shù)緩沖寄存器（TCNTBn）中的值將不會(huì)被再次加載到遞減計(jì)數(shù)器中。</p><p>　　定時(shí)器不占用系統(tǒng)時(shí)間，從這點(diǎn)可以看出定時(shí)器是一個(gè)具有高效效率的組件。</p><p>　　S3C2440A的中斷系統(tǒng)</p><p>　　S3C2440A的中斷系統(tǒng)主要用于對(duì)溫室大棚環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測過程中，對(duì)溫室環(huán)境的調(diào)節(jié)。中斷的基本含義為CPU在運(yùn)

54、行過程中，突然遇到另一件事情需要立馬處理，此時(shí)CUP會(huì)暫停當(dāng)前執(zhí)行的事件，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行另一個(gè)事件的過程。</p><p>　　S3C2440A芯片中包含60個(gè)中斷源，其中包括36個(gè)內(nèi)部中斷源和24個(gè)外部中斷源（EINTn）。內(nèi)部中斷包括2個(gè)看門狗中斷、5個(gè)定時(shí)器中斷、9個(gè)UART中斷、4個(gè)DMA中斷、2個(gè)RTC中斷、2個(gè)ADC中斷、1個(gè)I²C中斷、2個(gè)SPI中斷、1個(gè)LCD中斷、1個(gè)電池故障中斷、1個(gè)NAN

55、DFLASH中斷、1個(gè)攝像頭中斷、1個(gè)AC97中斷。在這60個(gè)中斷源中，UARTn中斷、AC97中斷、外部中斷對(duì)中斷控制器是“或”的關(guān)系。當(dāng)中斷請(qǐng)求引腳收到中斷請(qǐng)求信號(hào)時(shí)，中斷控制器在仲裁步驟后再請(qǐng)求內(nèi)核的 FIQ或 IRQ。仲裁步驟由硬件優(yōu)先級(jí)邏輯決定，并且將結(jié)果寫入到發(fā)生中斷的中斷源的掛起寄存器中。</p><p>　　中斷處理過程如圖3-2所示：</p><p>　　圖3-2 中斷處

56、理框圖</p><p>　　中斷優(yōu)先級(jí)判斷如圖3-3所示：</p><p>　　圖3-3 中斷優(yōu)先級(jí)判斷框圖</p><p><b>　　傳感器的選擇</b></p><p><b>　　傳感器的對(duì)比與選擇</b></p><p><b>　　溫濕度傳感器</

57、b></p><p>　　在本系統(tǒng)開發(fā)之初，對(duì)溫濕度傳感器的選擇有兩種方案，一種是使用DS18B20和CHR-01濕敏電阻兩種傳感器組合，對(duì)于該組合來說，其中的DS18B20作為一線連接數(shù)字溫度傳感器擁有十分突出的優(yōu)點(diǎn)。工作電壓為3～5.5V/DC，其溫度測量范圍十分廣闊為：-55～+125℃，溫度轉(zhuǎn)換延時(shí)僅為750ms，測量結(jié)果以9～12位數(shù)字量方式串行傳送，精確度最高可調(diào)至0.0625℃。并且可以將分辨

58、率設(shè)定參數(shù)和溫度閾值存儲(chǔ)到EEPROM中，即使掉電也不會(huì)丟失。對(duì)于濕度采集，該組合中的CHR-01濕敏電阻，最高工作溫度120℃，工作電壓AC1V(50～2KHz)，特征阻抗與范圍為30(21～45)KΩ，測量范圍：20%～90%RH，精度±5%RH，響應(yīng)時(shí)間≤12s，濕度漂移(/年) ±2%RH，具有檢測精度高、性能穩(wěn)定可靠、響應(yīng)速度快、防水等特點(diǎn)。</p><p>　　另一種方案是直接采用

59、DHT11數(shù)字溫濕度傳感器。該傳感器自身已經(jīng)校準(zhǔn)，并且將溫度與濕度傳感器復(fù)合為一體，工作電壓為3.3～5.5V/DC，溫度量程為：0～55℃，濕度量程為：20%～90%RH，精度分別為：±2℃和±5%RH。分辨率：濕度1%RH、溫度1℃，濕度漂移：＜±1%/RH/年。轉(zhuǎn)換延時(shí)小于5s，一般通電后僅需等待1s左右，并且它采用單總線輸出使用方便，可直接與高性能單片機(jī)相連。</p><p>

60、;　　雖然方案一具有測量精度高和測量范圍廣的優(yōu)勢，但考慮到組合的形式，會(huì)增加系統(tǒng)復(fù)雜度進(jìn)而降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并且方案一的濕度傳感器還需要單獨(dú)添加一個(gè)AD轉(zhuǎn)換模塊，從而進(jìn)一步增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。所以處于簡單穩(wěn)定、成本低廉同時(shí)又滿足需求的考慮，本系統(tǒng)溫濕度傳感器選擇DHT11。</p><p><b>　　光照傳感器</b></p><p>　　基于經(jīng)濟(jì)實(shí)用、簡單

61、穩(wěn)定的考慮，本智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的光照傳感器為TSL2561。它具有高速度、低功耗、寬量程、可編程靈活配置等優(yōu)點(diǎn)，并且它集光照強(qiáng)度采集與積分式A/D轉(zhuǎn)換器于一體，可將光敏電流直接轉(zhuǎn)化為一個(gè)數(shù)字輸出，采用I²C總線協(xié)議與MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使用簡單方便。</p><p><b>　　二氧化碳傳感器</b></p><p>　　目前檢測CO?濃度的傳感器主要有固體

62、電解式（如TGS4160）、鈦酸鋇復(fù)合氧化物電容式、電導(dǎo)變化型厚膜式等。而這類傳感器存在對(duì)氣體選擇性差、易出現(xiàn)檢測錯(cuò)誤、穩(wěn)定性差需要頻繁校準(zhǔn)、使用壽命較短等缺點(diǎn)。而紅外吸收型CO?傳感器具有寬范圍、靈敏度高、響應(yīng)速度快、選擇性能好、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，所以本智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)采用紅外吸收型CO?傳感器MH-410D5。 </p><p><b>　　煙霧傳感器</b></p><

63、;p>　　為了給本智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)增加火災(zāi)預(yù)警功能，本系統(tǒng)選擇MQ-2氣體傳感器作為煙霧檢測模塊，它獨(dú)特的氣敏特性使它處在可燃性氣體環(huán)境中時(shí)，電導(dǎo)率可以隨著空氣中可燃性氣體濃度的增加而增大。所以使用簡單的電路即可使它的電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)化為與空氣中可燃性氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。MQ-2可檢測多種可燃性氣體，是一款應(yīng)用廣泛的低成本氣體傳感器。</p><p><b>　　傳感器簡介</b>

64、</p><p><b>　　DHT11</b></p><p>　　DHT11為一款免校準(zhǔn)數(shù)字溫濕度復(fù)合傳感器，其基本參數(shù)如表3-1。</p><p>　　表3-1 DHT11技術(shù)參數(shù)</p><p>　　實(shí)物如圖3-4所示：</p><p>　　圖3-4 DHT11模塊</p>

65、<p>　　DHT11內(nèi)部不含有電阻式感濕元件和NTC測溫元件?？梢灾苯优cMCU相連，并且直接輸出數(shù)字量免除了AD轉(zhuǎn)換的煩惱。其傳輸距離在20M以上，并且它體積小、功耗低、性能穩(wěn)定可靠、封裝簡單、連接使用方便、成本低廉等特點(diǎn)，使其在應(yīng)用上廣受歡迎。</p><p><b>　　TSL2561</b></p><p>　　TSL2561是TAOS公司推出的一款

66、高速度、低功耗、寬量程、可編程靈活配置的光照強(qiáng)度數(shù)字傳感器。其基本參數(shù)如表3-2所示：</p><p>　　表3-2 TSL2561技術(shù)參數(shù)</p><p>　　實(shí)物如圖3-5和圖3-6所示：</p><p>　　圖3-5 TSL2561 </p><p>　　圖3-6 TSL2561模塊</p><p>　　由于它突

67、出的優(yōu)點(diǎn)，該傳感器被廣泛應(yīng)用于多變光照條件下的光強(qiáng)檢測，如街道燈光照明控制、安全照明等眾多場合。</p><p><b>　　MH-410D5</b></p><p>　　MH-410D5是一款通用型、智能型、微型紅外氣體傳感器，它利用非色散紅外（NDIR）原理對(duì)空氣中存在的CO?進(jìn)行檢測，具有良好的選擇性、無氧氣依賴性、性能能穩(wěn)定、使用壽命長等特點(diǎn)。其基本參數(shù)如表3

68、-3所示：</p><p>　　表3-3 MH-410D5技術(shù)參數(shù)</p><p>　　注：1%vol = 10000ppm</p><p><b>　　實(shí)物如圖3-7</b></p><p>　　圖3-7 MH-410D5</p><p>　　MH-410D5內(nèi)置溫度傳感器，可進(jìn)行溫度補(bǔ)償；該傳

69、感器是將成熟的紅外吸收氣體檢測技術(shù)與微型機(jī)械加工技術(shù)、精良電路設(shè)計(jì)技術(shù)緊密結(jié)合，制作出的小型紅外二氧化碳?xì)怏w傳感器。該傳感器使用方便，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)場所的CO?檢測。</p><p><b>　　MQ-2</b></p><p>　　MQ-2氣體傳感器是使用氣敏材料二氧化錫（SnO?）制成，二氧化錫在潔凈的空氣中電導(dǎo)率較低，但其所處環(huán)境中存在如：液化氣、丙烷、氫氣、

70、可燃蒸汽、天然氣等可燃性氣體時(shí)，它的電導(dǎo)率會(huì)隨著這些可燃性氣體在空氣中的濃度的增加而增大。由于它的這種特性使MQ-2成為一款可以檢測多種可燃性氣體，并且適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。其基本參數(shù)如表3-4。</p><p>　　表3-4 MQ-2技術(shù)參數(shù)</p><p>　　實(shí)物如圖3-8所示：</p><p>　　圖3-8 MQ-2模塊</p><

71、p>　　傳感器引腳說明及數(shù)據(jù)傳輸</p><p><b>　　DHT11</b></p><p>　　DHT11主要有四個(gè)引腳，各個(gè)功能如下：</p><p>　　Pin1：VCC供電3.3～5V DC；</p><p>　　Pin2：串行數(shù)據(jù)單總線；</p><p>　　Pin3：N/A為

72、空腳，懸空；</p><p>　　Pin4：GND接地。</p><p>　　其實(shí)物如圖3-8所示：</p><p>　　圖3-9 DHT11引腳定義</p><p>　　DHT11與MCU連接如圖3-9所示：</p><p>　　圖3-10 DHT11連接圖 </p><p>　　DHT11采

73、用單線雙向串行接口，它的DATA引腳用于與微處理器之間的數(shù)據(jù)傳輸和同步，單總線數(shù)據(jù)格式一次通訊時(shí)間一般為4ms左右，數(shù)據(jù)分為小數(shù)部分和整數(shù)部分。操作流程如下：</p><p>　　一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為5字節(jié)數(shù)據(jù)，高位先輸出。</p><p>　　數(shù)據(jù)格式：8位濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8位濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8位溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8位溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8位校驗(yàn)和。</p><p>　　數(shù)據(jù)傳

74、輸正確時(shí)校驗(yàn)和數(shù)據(jù)等于“8位濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8位濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8位溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8位溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”所得結(jié)果的末8位。</p><p>　　當(dāng)MCU發(fā)送一個(gè)開始信號(hào)后，DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機(jī)開始信號(hào)結(jié)束后，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，送出40bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號(hào)采集，用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù)。從模式下DHT11接收到開始信號(hào)觸發(fā)一次溫濕度采集，如果沒有收到主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)，DHT11不會(huì)主動(dòng)

75、進(jìn)行溫濕度采集，采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)化到低速模式。</p><p><b>　　TSL2561</b></p><p>　　TSL2561的封裝形式為6LEAD TMB，其引腳分布如圖3-11所示：</p><p>　　圖3-11 TSL2561封裝圖 </p><p><b>　　各引腳功能如下：</b>

76、</p><p>　　引腳1：電源引腳，工作電壓范圍2.7～3.5V。</p><p>　　引腳2：器件訪問地址選擇引腳。根據(jù)該引腳電平高低不同，該器件有3個(gè)不同的訪問地址可供選擇。訪問地址與電平的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3-5所示：</p><p>　　表3-5 器件訪問地址與引腳2電平對(duì)應(yīng)關(guān)系</p><p><b>　　引腳3：信號(hào)地。&

77、lt;/b></p><p>　　引腳4：I²C總線的時(shí)鐘信號(hào)線。</p><p>　　引腳5：中斷信號(hào)輸出引腳。當(dāng)光照強(qiáng)度超過用戶設(shè)置的閾值時(shí)，器件會(huì)從該引腳輸出一個(gè)中斷信號(hào)。</p><p>　　引腳6：I²C總線的數(shù)據(jù)線。</p><p>　　TSL2561是一款數(shù)字傳感器，輸出信號(hào)復(fù)合標(biāo)準(zhǔn)I²C總線

78、通信協(xié)議。該總線支持以字節(jié)方式發(fā)送和接受。TSL2561的4號(hào)引腳接S3C2440A的GPE14，6號(hào)引腳接GPE15。其與主控連接方式如圖3-12所示：</p><p>　　圖3-12 TSL2561連接圖</p><p><b>　　數(shù)據(jù)發(fā)送流程：</b></p><p>　　主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)（SCL為高，SDA由高拉低）+ 8位數(shù)據(jù)（前7

79、位為地址，最后1位為W/R（寫/讀））+ 接受從機(jī)應(yīng)答信號(hào) + 發(fā)送8位數(shù)據(jù)（全為數(shù)據(jù)）+ 接受從機(jī)應(yīng)答信號(hào) + …… + 停止信號(hào)。</p><p>　　本系統(tǒng)中S3C2440A做主機(jī)，TSL2561為從機(jī)。且為主機(jī)接受，從機(jī)發(fā)送模式。其流程如下：</p><p><b>　　主機(jī)發(fā)送其實(shí)信號(hào)；</b></p><p>　　主機(jī)發(fā)送8位數(shù)據(jù)（

80、7位地址，最后1位寫“0”執(zhí)行R）；</p><p><b>　　從機(jī)發(fā)送應(yīng)答信號(hào)；</b></p><p>　　從機(jī)向主機(jī)發(fā)送8位數(shù)據(jù)；</p><p><b>　　主機(jī)產(chǎn)生應(yīng)答信號(hào)；</b></p><p><b>　　主機(jī)發(fā)送停止信號(hào)。</b></p>&l

81、t;p><b>　　MH-410D5</b></p><p>　　MH-410D5有5個(gè)引腳，其引腳分布如圖3-13所示：</p><p>　　圖3-13 MH-410D5引腳分布</p><p><b>　　引腳1：信號(hào)地。</b></p><p>　　引腳2：模擬電壓輸出引腳Vout。&l

82、t;/p><p>　　引腳3：電源引腳，工作電壓3.5～5.5V DC。</p><p>　　引腳4：串口發(fā)送引腳TXD。</p><p>　　引腳5：串口接受引腳RXD。</p><p>　　MH-410D5的4、5引腳為UART管腳可直接與儀表電路通訊，本系統(tǒng)選擇S3C2440A的UART0的GPH3和GPH2分別與4、5引腳相連，它與主控的

83、連接方式如圖3-14所示：</p><p>　　圖3-14 MH-410D5與主控連接</p><p><b>　　MQ-2</b></p><p>　　MQ-2模塊共有4個(gè)引腳，其引腳分布如圖3-15所示：</p><p>　　圖3-15 MQ-2模塊引腳分布</p><p>　　引腳1：接5V

84、電源正極。</p><p>　　引腳2：為TTL到底電平輸出。</p><p>　　引腳3：模擬電壓輸出。</p><p><b>　　引腳4：接地端。</b></p><p>　　本系統(tǒng)所選主控S3C2440A自帶10位CMOS ADC（模/數(shù)轉(zhuǎn)換器）是一個(gè)8通道模擬輸入的再循環(huán)類型設(shè)備。可將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化為10位二進(jìn)制

85、數(shù)字編碼，最大轉(zhuǎn)換率為500KSPS。MQ-2與主控連接如圖3-16所示：</p><p>　　圖3-16 MQ-2模塊連接</p><p><b>　　觸屏顯示器P35</b></p><p>　　本智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)選擇的顯示模塊為P35觸摸屏，它自身配備了觸摸轉(zhuǎn)換芯片ADS7843和STC12LE4052處理芯片，使它能夠集LCD屏觸摸屏于

86、一身，并且采用一線觸控方式控制，操作簡單，使用方便。</p><p><b>　　P35屏引腳說明</b></p><p>　　P35觸摸屏的LCD屏接口引腳分布如圖3-17所示：</p><p>　　圖3-17 P35LCD屏引腳分布</p><p><b>　　屏幕的管腳：</b></p&

87、gt;<p>　　VSYNC：34（LCD屏的管腳）垂直同步信號(hào)，（幀同步信號(hào)）這個(gè)管腳檢測到一個(gè)脈沖時(shí)，屏幕上刷一次屏；</p><p>　　VSPW：同步信號(hào)的脈寬；</p><p>　　VBPD：垂直同步信號(hào)的后肩；</p><p>　　VFPD：垂直同步信號(hào)的前肩；（作用：讓屏幕做準(zhǔn)備工作）；</p><p>　　LIN

88、EVAL：代表的是行的個(gè)數(shù)；</p><p>　　HSYNC：35水平同步信號(hào)，（行同步脈沖信號(hào)）這個(gè)管腳檢測到一個(gè)脈沖時(shí)，屏幕上刷一行；</p><p>　　HSPW：水平同步信號(hào)脈寬；</p><p>　　HPBD：水平同步信號(hào)的后肩；</p><p>　　HFPD：水平同步信號(hào)的前肩；（作用：讓屏幕做準(zhǔn)備工作）；</p>

89、<p>　　HOZVAL：代表列的個(gè)數(shù)；</p><p><b>　　VCLK：36；</b></p><p>　　VD[23~0]：24個(gè)管腳（數(shù)據(jù)管腳）；</p><p>　　VDEN：33（數(shù)據(jù)使能管腳）；</p><p>　　LEND：行結(jié)束信號(hào)；</p><p>　　LCD_

90、PWREN：30（電源引腳）。</p><p>　　P35屏的控制與配置</p><p>　　P35屏的控制主要是寄存器的配置：5個(gè)控制寄存器+3個(gè)地址寄存器</p><p><b>　　LCDCON1：</b></p><p><b>　　關(guān)LCD</b></p><p>

91、　　選擇16bpp的tft模式</p><p><b>　　選擇TFT屏</b></p><p><b>　　設(shè)置vclk</b></p><p>　　LCDCON2：VBPD、LINEVAL、VFPD、VSPW</p><p>　　LCDCON3：HBPD、HOZVAL、HFPD</p>

92、;<p>　　LCDCON4：HSPW</p><p><b>　　LCDCON5：</b></p><p>　　HWSWP半字要轉(zhuǎn)換</p><p><b>　　BSWP不用轉(zhuǎn)換</b></p><p>　　ENLEND要有行停止</p><p>　　PWRE

93、N使能PWREN信號(hào)</p><p>　　所有的都要極性翻轉(zhuǎn)；</p><p><b>　　配置成上升沿</b></p><p><b>　　選擇565格式</b></p><p>　　BPP24BL 沒有到不用管</p><p><b>　　MCU外圍電路設(shè)計(jì)&l

94、t;/b></p><p><b>　　電源電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)采用5V DC電源供電，但市電為220V AC所以需要轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換過程如圖3-18所示：</p><p>　　圖3-18 220V AC轉(zhuǎn)5V DC</p><p>　　由于系統(tǒng)內(nèi)部其他個(gè)別部件需要3.3V供

95、電，所以需要將5V轉(zhuǎn)3.3V，其轉(zhuǎn)換過程如圖3-19所示：</p><p>　　圖3-19 5V轉(zhuǎn)3.3V</p><p><b>　　485通信接口設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本監(jiān)測系統(tǒng)預(yù)留一RS485通信協(xié)議的串口接口，該接口使用SN75LBC184接口芯片將RS232協(xié)議轉(zhuǎn)換為RS485協(xié)議。其接口連線如圖3-20所示：</p

96、><p>　　圖3-20 485接口連接</p><p>　　RS232協(xié)議的是由TXD、RXD兩條線完成數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送的。但RS485是將信號(hào)準(zhǔn)換為差分信號(hào)然后再進(jìn)行傳輸?shù)?，也就是RS485中的A、B引腳。RS232是全雙工通信，可同時(shí)進(jìn)行收發(fā)操作，但RS485是半雙工，收發(fā)操作不能同時(shí)進(jìn)行。所以在用RS485進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)必須區(qū)分是發(fā)數(shù)據(jù)還是收數(shù)據(jù)。SN75LBC184芯片的2、3引腳是

97、通信的使能腳，該兩腳為低電平時(shí)為收數(shù)據(jù)，高電平時(shí)為發(fā)數(shù)據(jù)。DIR2可直接由MCU控制，發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)拉高即可。</p><p><b>　　報(bào)警與復(fù)位電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)火災(zāi)報(bào)警電路為蜂鳴器報(bào)警電路。當(dāng)S3C2440A通過 AIN0管腳輸入的模擬電壓超過預(yù)設(shè)閾值時(shí)，蜂鳴器就會(huì)報(bào)警。</p><p>　　AD輸入電路

98、如圖3-21所示：</p><p>　　圖3-21 AD輸入電路</p><p>　　報(bào)警電路如圖3-22所示：</p><p>　　圖3-22 報(bào)警電路</p><p>　　復(fù)位電路如圖3-23所示：</p><p>　　圖3-23 復(fù)位電路</p><p><b>　　執(zhí)行控制電路

99、設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)不但可以監(jiān)測溫室大棚內(nèi)各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)，還要做到環(huán)境調(diào)節(jié)功能。由于材料限制先用LED燈代表相應(yīng)的調(diào)控信息。LED1代表增濕，LED2代表升溫/降溫（常量升溫，閃爍降溫），LED3代表增加光照，LED4代表增加CO?濃度。LED熄滅代表停止調(diào)控。其控制電路圖如圖3-23所示：</p><p>　　圖3-23 控制電路</p&g

100、t;<p>　　智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　要做一款智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)，單單只有硬件是不夠的。如果說硬件是“身體”的話，那么軟件就是“靈魂”。計(jì)算機(jī)在進(jìn)行信息處理時(shí)，都是在硬件平臺(tái)的支持下，由軟件控制完成的。所以軟件的設(shè)計(jì)很大程度上決定了系統(tǒng)的性能。本智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)是在Keil uvision4環(huán)境下，利用C語言編寫和調(diào)試的。</p><p>　　Keil系

101、列軟件使用方便、功能強(qiáng)大，具有良好的調(diào)試界面和有益的編譯效果，應(yīng)用非常廣泛。C語言不但具備高級(jí)語言的基本結(jié)構(gòu)和語句，同時(shí)有擁有低級(jí)語言的實(shí)用性，是一款應(yīng)用非常廣泛的編程語言。</p><p><b>　　程序設(shè)計(jì)的基本框架</b></p><p>　　本智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行過程中主要包括AD采集，數(shù)碼顯示，反饋控制，檢測報(bào)警四大模塊，其基本框架如圖4-1所示：<

102、/p><p>　　圖4-1 程序設(shè)計(jì)框架</p><p><b>　　軟件流程分析</b></p><p><b>　　主程序流程圖：</b></p><p>　　圖4-2 程序主流程圖</p><p>　　主程序是一個(gè)while(1)循環(huán)，其主要流程是：系統(tǒng)上電首先對(duì)主控各個(gè)I

103、O口進(jìn)行配置，設(shè)置各個(gè)環(huán)境變量，并對(duì)環(huán)境變量閾值進(jìn)行賦值，以及調(diào)用各個(gè)模塊的初始化函數(shù)，然后在while(1)循環(huán)中調(diào)用各個(gè)模塊的數(shù)據(jù)采集函數(shù)，LCD屏顯示函數(shù)，然后對(duì)各環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，看是否觸發(fā)中斷進(jìn)行調(diào)控，或者進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警。</p><p><b>　　各模塊程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　數(shù)據(jù)采集模塊程序設(shè)計(jì)</p><p>&l

104、t;b>　　DHT11模塊</b></p><p>　　DHT11模塊程序設(shè)計(jì)流程如圖4-3所示：</p><p>　　圖4-3 DHT11模塊程序流程</p><p>　　DHT11能夠以數(shù)字的形式將溫濕度信號(hào)直接通過單線串口傳送出來，所以程序的設(shè)計(jì)主要考慮相關(guān)寄存器的配置，本系統(tǒng)選擇GPF0與DHT11的DATA引腳相連。</p>

105、<p><b>　　TSL2561模塊</b></p><p>　　TSL2561模塊程序設(shè)計(jì)流程如圖4-4所示：</p><p>　　圖4-4 TSL2561模塊程序流程</p><p>　　TSL2561可以通過標(biāo)準(zhǔn)I²C協(xié)議與主控進(jìn)行通信。當(dāng)主控往TSL2561內(nèi)部寫數(shù)據(jù)時(shí)，首先發(fā)送起始信號(hào)、器件地址，然后發(fā)送要寫的

106、數(shù)據(jù)。讀數(shù)據(jù)亦然，同樣是主控現(xiàn)發(fā)送起始信號(hào)、器件地址，然后器件向主控發(fā)送數(shù)據(jù)。TSL2561的程序設(shè)計(jì)主要是先往器件內(nèi)輸入光照強(qiáng)度下線閾值，然后再根據(jù)I²C協(xié)議讀取SDA端口數(shù)據(jù)。</p><p>　　MH-410D5模塊</p><p>　　MH-410D5模塊程序設(shè)計(jì)流程如圖4-5所示：</p><p>　　圖4-5 MH-410D5模塊程序流程<

107、;/p><p>　　MH-410D5傳感器具備標(biāo)準(zhǔn)UART管腳的TXD、RXD引腳，并且能夠直接將模擬量轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)據(jù)量，所以該模塊的程序設(shè)計(jì)主要考慮串口相關(guān)寄存器配置，和串口TXD端的數(shù)據(jù)讀取。</p><p><b>　　MQ-2模塊</b></p><p>　　MQ-2模塊程序設(shè)計(jì)流程如圖4-6所示：</p><p>

108、;　　圖4-6 MQ-2模塊程序流程</p><p>　　MQ-2傳感器的模擬電壓輸出端與S3C2440A的AIN0端口相連，S3C2440A的自帶10位CMOS ADC（模/數(shù)轉(zhuǎn)換器），可將采集過來的煙霧模擬量轉(zhuǎn)化為相應(yīng)數(shù)字量，所以該模塊程序設(shè)計(jì)主要考慮，AD信號(hào)發(fā)送與AD信號(hào)轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　顯示模塊程序設(shè)計(jì)</b></p><

109、;p>　　顯示模塊程序設(shè)計(jì)流程如圖4-7所示。</p><p>　　圖4-7 顯示模塊程序流程</p><p>　　本系統(tǒng)所選顯示模塊P35觸摸屏，其程序設(shè)計(jì)主要涉及到LCD屏的5個(gè)控制寄存器和3個(gè)地址寄存器的配置以及觸摸屏初始化。配置好相關(guān)寄存器后，需要顯示的數(shù)據(jù)便可以賦值給相應(yīng)字符串，然后顯示出來。</p><p>　　執(zhí)行模塊及報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì)</

110、p><p>　　執(zhí)行模塊和報(bào)警模塊主要是對(duì)4個(gè)LED燈和蜂鳴器進(jìn)行初始化及控制，當(dāng)本將控系統(tǒng)監(jiān)測到某項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)超標(biāo)時(shí)，點(diǎn)亮相應(yīng)LED代表做出相關(guān)調(diào)控。報(bào)警模塊也是根據(jù)煙霧濃度和可燃性氣體濃度是否超標(biāo)來決定是否報(bào)警，所以二者的程序設(shè)計(jì)主要是配置好相關(guān)控制寄存器，然后根據(jù)不同的數(shù)據(jù)判斷，做出不同響應(yīng)的控制。</p><p>　　執(zhí)行模塊程序流程如圖4-8所示：</p><p&g

111、t;　　圖4-8 執(zhí)行模塊程序流程</p><p>　　報(bào)警模塊程序流程圖如圖4-9所示：</p><p>　　圖4-9 報(bào)警模塊程序流程</p><p><b>　　系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　根據(jù)本智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)要求，調(diào)試過程主要分為三大部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試、軟硬件關(guān)聯(lián)調(diào)試。</p&g

112、t;<p><b>　　軟硬件調(diào)試</b></p><p><b>　　硬件調(diào)試</b></p><p>　　將各個(gè)傳感器模塊電路按照邏輯圖連接起來，根據(jù)器件規(guī)格和極性看連接是否有誤，然后利用萬用表逐個(gè)檢測調(diào)試，看是否有短路、斷路現(xiàn)象。檢查過傳感器模塊后再檢測電源模塊有無短路現(xiàn)象，確保電源上電后輸出電壓為標(biāo)準(zhǔn)5V電壓，降壓電路能輸出

113、3.3V電壓。</p><p><b>　　軟件調(diào)試</b></p><p>　　本智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)以S3C2440A為主控芯片，首先在MINI2440平臺(tái)上運(yùn)行調(diào)試。將各傳感器模塊接入MINI2440后，利用Keil uvision4對(duì)系統(tǒng)軟件部分進(jìn)行編譯及調(diào)試。根據(jù)編譯結(jié)果，修改相關(guān)錯(cuò)誤提示。</p><p><b>　　軟硬件關(guān)

114、聯(lián)調(diào)試</b></p><p>　　當(dāng)軟件編譯無誤后，利用JLINK將代碼燒進(jìn)本系統(tǒng)的SDRAM中，上電調(diào)試MINI2440開發(fā)板，查看各個(gè)模塊是否運(yùn)行正常。調(diào)試屏顯效果，根據(jù)實(shí)際屏顯現(xiàn)象，修改代碼使各項(xiàng)檢測指標(biāo)屏顯位置調(diào)制最佳。點(diǎn)擊屏幕虛擬按鍵，看相應(yīng)LED是否正常點(diǎn)亮（調(diào)試手動(dòng)控制環(huán)節(jié)）。</p><p><b>　　功能測試 </b></p&g

115、t;<p>　　將所用調(diào)試工作完成后，利用JFLASH將代碼生成固件少入系統(tǒng)的Nandflash中。上電對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行測試。</p><p>　　依據(jù)植物不同時(shí)期對(duì)環(huán)境因素的不同要求，本系統(tǒng)現(xiàn)將各環(huán)境指標(biāo)閾值根據(jù)農(nóng)作物結(jié)果期設(shè)定，其具體參數(shù)如表5-1所示：</p><p>　　表5-1 智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)環(huán)境閾值</p><p>　　注：光照強(qiáng)度小于10

116、000Lx是判斷為陰天，需要打開補(bǔ)光燈</p><p>　　本智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的火災(zāi)檢測模塊閾值設(shè)為20%LEL，當(dāng)可燃性氣體濃度達(dá)到20%LEL時(shí)，即判斷為存在火災(zāi)危險(xiǎn)，蜂鳴器拉響提示用戶檢查防范。</p><p>　　系統(tǒng)測試過程中認(rèn)為改變傳感器所處環(huán)境，查看顯示模塊數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)儀器測試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，并觀察檢測指標(biāo)超過閾值時(shí)看調(diào)控模塊是否正常運(yùn)行（相應(yīng)LED燈是否正常點(diǎn)亮）。</p

117、><p><b>　　結(jié)　論</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)從選題、論證、查閱相關(guān)資料、確定設(shè)計(jì)方案到設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)前后共歷時(shí)近兩個(gè)月，并且基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)期效果，能夠正常顯示監(jiān)測環(huán)境中的溫度、濕度、光照強(qiáng)度、以及CO?濃度。初步完成了環(huán)境指標(biāo)超過閾值自動(dòng)進(jìn)行調(diào)控，并且當(dāng)煙霧濃度及可燃性氣體濃度超過20%LEL時(shí)，蜂鳴器正常報(bào)警。本設(shè)計(jì)還存在一些不足之處，首先檢測精度不能說很