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          基于UML的嵌入式溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

          作者: 時(shí)間:2013-06-25 來源:轉(zhuǎn)自電子工程世界網(wǎng) 收藏

            溫室生產(chǎn)作為高效、高科技含量的大規(guī)模生產(chǎn)方式已經(jīng)成為世界農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。溫室設(shè)施的自動(dòng)監(jiān)測和控制技術(shù)可以為農(nóng)作物創(chuàng)造良好的生長環(huán)境,節(jié)約人力成本,提高農(nóng)作物的產(chǎn)量,因此需要開發(fā)與溫室相關(guān)的自動(dòng)化技術(shù),以降低運(yùn)行成本、提高效率、實(shí)現(xiàn)環(huán)境的精確控制。我國目前的溫室沒施綜合監(jiān)測水平不高,控制能力比較差,帶有綜合環(huán)境自動(dòng)調(diào)節(jié)的高科技溫室主要從國外引進(jìn)。筆者開發(fā)了以S3C2 440為核心的嵌入式系統(tǒng)可以完成溫室環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測和收集,同時(shí)通過輸出機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)控制溫室環(huán)境以達(dá)到溫室監(jiān)測和控制智能化的目的,具有精度高,智能控制等優(yōu)點(diǎn)。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/146773.htm

            軟件工程領(lǐng)域最重要的、具有劃時(shí)代意義成果之一的就是統(tǒng)一建模語言(Unified Modeling Language)的出現(xiàn)。開發(fā)系統(tǒng)可以借助的CASE工具來完成從軟件的分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)到測試的一系列軟件工程過程,大大提高了軟件開發(fā)的復(fù)用性和效率,降低了軟件開發(fā)過程中的返工率。文中采用了方法來設(shè)計(jì)一個(gè)軟硬件都要考慮的溫室系統(tǒng),從而體現(xiàn)了UML強(qiáng)大的表達(dá)能力,該系統(tǒng)用UML表達(dá)清晰、嚴(yán)謹(jǐn)、易于實(shí)現(xiàn)。

            1 溫室系統(tǒng)組成

            系統(tǒng)主要架構(gòu)如圖1所示,系統(tǒng)由上位機(jī)、下位機(jī)和執(zhí)行結(jié)構(gòu)組成。上位機(jī)為PC機(jī)可以處理下位機(jī)傳送的溫室環(huán)境參數(shù)同時(shí)可以給下位機(jī)發(fā)出指令。下位機(jī)是以Samsung S3C2440為主控制器,資源豐富功能強(qiáng)大,其主頻為400MHZ,最高可達(dá)533MHZ,內(nèi)存為64MSDRAM,數(shù)據(jù)總線32 bit,S3C2440還支持以太網(wǎng)卡,很容易實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能。其他主要部件有溫濕度傳感器SHT11,光照傳感器TSI2561和CO2傳感器NAP-21ACO2液晶顯示模塊等基本部件。輸出執(zhí)行結(jié)構(gòu)包括循環(huán)風(fēng)機(jī)、噴水系統(tǒng)、內(nèi)外遮陽電機(jī)等?! ?/p>

           

            1.1 傳感器電路

            1.1.1 溫濕度傳感器

            SHT11溫濕度傳感器采用SMD(LCC)表面貼片封裝,由于將傳感器與電路部分結(jié)合在一起,因此傳感器具有比其它類型的濕度傳感器優(yōu)越的多的性能。傳感器可直接通過I2C總線與ARM連接,減少電路硬件成本,簡化電路。系統(tǒng)中為了同時(shí)測量溫室內(nèi)的溫濕度值,將各SHT11的SCK先接到S3C2440的同一個(gè)I/O口,而DATA線則分別接到不同的I/O上。

            1.1. 2 CO2濃度監(jiān)測和光強(qiáng)度監(jiān)測

            CO2濃度監(jiān)測采用NEMOTO公司生產(chǎn)的NAP-21ACO2傳感器,NAP-21A輸出線性好,有較好的長期穩(wěn)定性與極好的重復(fù)性及精度。該傳感器是一種熱傳導(dǎo)式CO2傳感器,在不同濃度的CO2氣體中其阻值與CO2的濃度成線性關(guān)系,傳感器通過放大器連接。光強(qiáng)測量選用TAOS公司的TSI25 61光強(qiáng)度傳感器,該傳感器具有數(shù)字式輸出端口和標(biāo)準(zhǔn)I2C總線接口,測量的照度范圍為1~70 000lx,功耗僅為0.75mW.TS1256具有高速、低功耗、寬量程、可編程配置的特點(diǎn)??梢栽O(shè)置光強(qiáng)度上、下閾值,控制執(zhí)行結(jié)構(gòu)的遮陽板。

            1.2 輸出執(zhí)行結(jié)構(gòu)

            系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括循環(huán)風(fēng)機(jī)、噴水系統(tǒng)、內(nèi)外遮陽電機(jī)等。利用微控制器輸出高低電平,控制開關(guān)。當(dāng)溫室內(nèi)的溫度、濕度、CO2等各個(gè)環(huán)境參數(shù),通過無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到微控制器并顯示出來,再由有線通訊模塊傳送到上位機(jī)系統(tǒng),與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對(duì),得出適合該種作物的環(huán)境參數(shù),上位機(jī)通過通訊模塊發(fā)送信息到下位機(jī),下位機(jī)再根據(jù)各個(gè)信息發(fā)出執(zhí)行命令控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)然也可以直接通過下位機(jī)發(fā)出執(zhí)行命令控制執(zhí)行結(jié)構(gòu),注意下位機(jī)執(zhí)行輸出機(jī)構(gòu)只在特殊情況下使用。具體部署圖如圖1所示。

            帶陰影的是處理器,處理器處理溫室環(huán)境信息,發(fā)送到執(zhí)行裝置,不帶陰影的是執(zhí)行裝置,分別執(zhí)行相關(guān)命令。

            2 UML靜態(tài)建模

            2.1 用例圖

            用例圖(Use Case Diagram)就是角色、用例以及它們之間的關(guān)系構(gòu)成的圖。是對(duì)系統(tǒng)功能的陳述。改圖說明用例模型中的關(guān)系,如圖2所示?! ?/p>

           

            本系統(tǒng)中,遠(yuǎn)端管理員通過上位機(jī)可以查看歷史數(shù)據(jù),設(shè)置環(huán)境參數(shù),設(shè)定溫濕度閾值,光照閾值,CO2閾值,發(fā)送命令到下位機(jī)。下位機(jī)可以根據(jù)上位機(jī)發(fā)送的閾值控制執(zhí)行機(jī)構(gòu),下位機(jī)通過傳感器收集溫室環(huán)境的信息,下位機(jī)可以把信息傳送給上位機(jī)。本地管理員也可以通過下位機(jī)的顯示模塊直接控制執(zhí)行結(jié)構(gòu)。


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