硬件單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫室智能控制

1. 1.4 服務(wù)器功能

( 1) 網(wǎng)絡(luò)示范網(wǎng)站服務(wù)器，存儲(chǔ)下位采集控制數(shù)據(jù)煉化完善專家控制系統(tǒng)。

( 2) 與各主控制器的網(wǎng)絡(luò)通信。

1. 2 傳感器選型

依據(jù)技術(shù)指標(biāo)需求，選取各傳感器件如下所示。

( 1) PTS - 2 環(huán)境濕度傳感器

供電電壓4VDC; 濕度范圍0 ～ 100%; 濕度分辨率0. 1% RH; 輸出范圍1 ～ 4VDC; 準(zhǔn)確度± 2% ( T >0℃) ; 穩(wěn)定性小于1%RH/年工作電壓：

( 2) 環(huán)境、土壤溫度傳感器DS18B20

支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度范圍為- 55°C ～ + 125°C，在- 10 ～ + 85°C 范圍內(nèi)，精度為± 0. 5°C。

DS18B20 的精度誤差為± 2°C?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。

適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如： 環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。

( 3) TDR - 3 型土壤水分傳感器

TDR - 3 型土壤水分傳感器是一款高精度、高靈敏度的測(cè)量土壤濕度的傳感器。

其技術(shù)參數(shù)為： 量程： 0 ～ 100% ( m3 /m3 ) ; 精度： 0 ～ 50% ( m3 /m3 ) 范圍內(nèi)為± 2% ( m3 /m3 ) ; 測(cè)量區(qū)域：

90%的影響在圍繞中央探針的直徑3cm、長(zhǎng)為6cm 的圓柱體內(nèi); 穩(wěn)定時(shí)間： 通電后約10 秒; 響應(yīng)時(shí)間： 響應(yīng)在1 秒內(nèi)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)過(guò)程; 工作電壓： 4. 5 ～ 5. 5 VDC，典型值5. 0 VDC; 工作電流： 50 ～ 70mA，典型值60 mA; 輸出信號(hào)： 0 ～ 2. 5V; 密封材料： ABS 工程塑料; 探針材料： 不銹鋼; 電纜長(zhǎng)度： 標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度5m，最大長(zhǎng)度20m。

( 4) TBQ - 6 型光照強(qiáng)度傳感器

TBQ - 6 型室內(nèi)光強(qiáng)度傳感器采用先進(jìn)的電路模塊技術(shù)開(kāi)發(fā)變送器，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境光照度的測(cè)量，輸出標(biāo)準(zhǔn)的電壓及電流信號(hào)，體積小，安裝方便，線性度好，傳輸距離長(zhǎng)，抗干擾能力強(qiáng)?？蓮V泛用于環(huán)境、養(yǎng)殖、建筑、樓宇等的光照度測(cè)量，量程可調(diào)。

其技術(shù)參數(shù)為： 量程： 0 - 200Klux; 供電電壓： 24VDC /12VDC; 波長(zhǎng)測(cè)量范圍： 380nm - 730nm; 輸出信號(hào)：

4 - 20mA; 精度： ± 5%; 工作環(huán)境： 溫度30 - 60℃，濕度0 - 90% RH。

1. 3 控制器選型

1.3.1 采集器選擇

下位采集器選用C8051F350，理由如下：

( 1) C8051F350 器件是完全集成的混合信號(hào)片上MCU 芯片。內(nèi)部有一個(gè)具有在片校準(zhǔn)功能的全差分24 位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器( ADC) 。兩個(gè)獨(dú)立的抽取濾波器可被編程到1KHz 的采樣率; 可以使用內(nèi)部的2. 5V 電壓基準(zhǔn)，也可以用差分外部基準(zhǔn)進(jìn)行比率測(cè)量[3]。

( 2) C8051F350 包含一個(gè)擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)，支持12 個(gè)中斷源，每個(gè)中斷源有兩個(gè)優(yōu)先級(jí)。中斷源在片內(nèi)外設(shè)與外部輸入引腳之間的分配隨器件的不同而變化。每個(gè)中斷源可以在一個(gè)SFR 中有一個(gè)或多個(gè)中斷標(biāo)志。

( 3) C8051F350 系列MCU 內(nèi)部有一個(gè)SMBus /I2C 接口、一個(gè)具有增強(qiáng)型波特率配置的全雙工UART 和一個(gè)增強(qiáng)型SPI 接口。每種串行總線都完全用硬件實(shí)現(xiàn)，都能向CIP - 51 產(chǎn)生中斷，因此需要很少的CPU干預(yù)。便于和RS485 總線接口通信。

1.3.2 控制器選擇

下位控制器選用C8051F310，理由如下：

( 1) C8051F310 具有17 個(gè)端口I /O; 均耐5V 電壓，大灌電流。被選擇作為數(shù)字I /O 的引腳還可以被配置為推挽或漏極開(kāi)路輸出。有4 個(gè)通用16 位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器，與標(biāo)準(zhǔn)8051 的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器相比，它具有更強(qiáng)的功能并且需要較少的CPU 干預(yù)。每個(gè)捕捉/比較模塊都可以高速輸出或者8 位或16 位脈沖寬度調(diào)制器。這些功能保證了作為控制器的有效輸出控制繼電器[4]。C8051F310 擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)向CIP - 51 提供14 個(gè)中斷源，允許大量的模擬和數(shù)字外設(shè)中斷微控制器。C8051F310 包含16KB 的FLASH 程序存儲(chǔ)器，滿足使用。

( 2) C8051F310 系列MCU 內(nèi)部有一個(gè)SMBus /I2C 接口、一個(gè)具有增強(qiáng)型波特率配置的全雙工UART 和一個(gè)增強(qiáng)型SPI 接口。每種串行總線都完全用硬件實(shí)現(xiàn)，都能向CIP - 51 產(chǎn)生中斷，需要很少的CPU 干預(yù)，便于和RS485 總線接口通信。

( 3) C8051F310 擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)允許大量的模擬和數(shù)字獨(dú)立工作，在需要時(shí)才中斷控制器。一個(gè)中斷驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)需要較少的MCU 干預(yù)，有更高的執(zhí)行效率。它包含8KB 的FLASH 程序存儲(chǔ)器，滿足使用。

2 溫室控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)盡可能選擇典型電路，并符合單片機(jī)的常規(guī)用法，為硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化打下良好基礎(chǔ)。硬件結(jié)構(gòu)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮，硬件結(jié)構(gòu)與軟件方案會(huì)產(chǎn)生相互影響，考慮的原則是： 軟件能實(shí)現(xiàn)的功能盡可能由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，以簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)。但必須注意，由軟件實(shí)現(xiàn)的功能，其響應(yīng)時(shí)間要比直接用硬件實(shí)現(xiàn)來(lái)得長(zhǎng)，而且占用CPU 時(shí)間。因此，選擇方案時(shí)，要考慮到這些因素，整個(gè)系統(tǒng)中相關(guān)的器件要盡可能做到匹配?！?p style="text-align: left">