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基于單片機(jī)的果園智能監(jiān)控系統(tǒng)
江蘇省宜興中等專(zhuān)業(yè)學(xué)校 莊立群 2019/3/3 9:32:33
摘要：本文基于MSP430f149單片機(jī)為果園智能監(jiān)控系統(tǒng)核心部件，運(yùn)用實(shí)時(shí)傳感器檢測(cè)果園的環(huán)境溫度、濕度、光照數(shù)據(jù)和煙霧濃度等傳送到上位機(jī)顯示，并可根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)響應(yīng)發(fā)出報(bào)警提示火災(zāi)等事故或驅(qū)逐害鳥(niǎo)，該果園智能監(jiān)控系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)便、靈敏度高、成本低等特點(diǎn)，真正實(shí)現(xiàn)果園智能化管理。
關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；果園；智能監(jiān)控
果園管理和與普通大棚管理最大區(qū)別在于果園的外部環(huán)境要比大棚更加復(fù)雜多變，因此有必要對(duì)果園安裝智能監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)環(huán)保、高效、智能的現(xiàn)代果園管理理念。現(xiàn)階段，科研人員對(duì)于網(wǎng)絡(luò)通信層面的果園智能監(jiān)控系統(tǒng)研究較多，但對(duì)于單片機(jī)無(wú)線(xiàn)電子傳感方面的果園智能監(jiān)控研究相對(duì)較少。本文根據(jù)普通果園的監(jiān)控需求，設(shè)計(jì)以低功耗單片機(jī)MSP430f149為核心的果園智能監(jiān)控系統(tǒng)，在動(dòng)態(tài)監(jiān)控各種果園環(huán)境參數(shù)的同時(shí)，起到安防火災(zāi)預(yù)警、驅(qū)逐害鳥(niǎo)的作用。
1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理
果園智能監(jiān)控系統(tǒng)由MSP430f149單片機(jī)、蜂鳴器報(bào)警裝置、電源裝置、氣體傳感器裝置，熱釋電紅外人體感應(yīng)裝置、溫濕度傳感器裝置、串口通訊裝置7部分組成，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)果園環(huán)境煙霧濃度、溫濕度、果園安全防護(hù)的即時(shí)監(jiān)控，各傳感器裝置通過(guò)信號(hào)采集端口實(shí)時(shí)接收原始模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后在計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件上顯示監(jiān)測(cè)結(jié)果，同時(shí)操作人員也能夠根據(jù)反饋結(jié)果設(shè)置相應(yīng)的模塊參數(shù)。使用HTU21D溫濕度傳感器感應(yīng)果園的環(huán)境溫度、濕度數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)監(jiān)控軟件上，同時(shí)配備煙霧傳感器，當(dāng)發(fā)生果園林發(fā)生火災(zāi)時(shí)及時(shí)發(fā)出聲音報(bào)警。計(jì)算機(jī)可視化監(jiān)控平臺(tái)用VB程序編寫(xiě)，包含各項(xiàng)果園實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)顯示和控制，讓計(jì)算機(jī)監(jiān)控界面更加人性化，果園智能監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖1所示。
圖1 果園智能監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖
2 果園智能監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
果園智能監(jiān)控系統(tǒng)由MSP430f149單片、供電模塊、煙霧傳感器、溫濕度傳感器、熱釋電紅外傳感器、計(jì)算機(jī)監(jiān)控硬件構(gòu)成。
2.1 單片機(jī)的選擇
本設(shè)計(jì)采用美國(guó)德州儀器公司生產(chǎn)的16位低功耗MSP430F149單片機(jī)，自帶60k FLASH，具有快速蘇醒、超低功耗等特點(diǎn)，芯片內(nèi)部自帶大量的外圍模塊、2k大容量存儲(chǔ)空間、獨(dú)立于CPU的硬件乘法器、2個(gè)16位計(jì)數(shù)器、2個(gè)外部晶振、1個(gè)高精度12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器、1個(gè)內(nèi)部DCO振蕩器和2個(gè)異步或同步通道串行通信端口，同時(shí)支持ISP，方便在線(xiàn)升級(jí)、生產(chǎn)、調(diào)試。另外能抗電干擾確保系統(tǒng)正常運(yùn)行，適用工業(yè)級(jí)運(yùn)行環(huán)境。
2.2傳感器的選擇
2.2.1煙霧傳感器
GTH1000煙霧傳感器可感一氧化碳?xì)怏w，對(duì)火災(zāi)煙霧有一定的識(shí)別功能，是一種適合于多領(lǐng)域范圍的低成本煙霧傳感器，對(duì)一氧化碳?xì)怏w、煙霧粒子的靈敏度較高[1]。氣體通過(guò)GTH1000煙霧傳感器自動(dòng)識(shí)別是否含有火災(zāi)煙霧中的氣、液、固體微粒群，如果超過(guò)設(shè)定閾值則把監(jiān)測(cè)的氣體參數(shù)傳送MSP430F149單片機(jī)P6.6端口，MSP430f149單片機(jī)接收模擬信號(hào)通過(guò)轉(zhuǎn)換自動(dòng)與設(shè)置參數(shù)對(duì)比，如果超出閾值則發(fā)出聲音報(bào)警，并在上位機(jī)上顯示。
2.2.2溫濕度傳感器模塊
本設(shè)計(jì)選擇HTU21D作為溫濕度傳感模塊，它是一款由法國(guó)Humirel生產(chǎn)的高性能復(fù)合溫濕度傳感器。HTU21D溫濕度傳感器較寬的工作電壓（1.5V～3.6）確保其具有超小體積、高性?xún)r(jià)比、低功耗、抗結(jié)露、高靈敏度、抗電磁干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。主要包括電阻式感濕元件和測(cè)溫元件，I2C接口實(shí)現(xiàn)HTU21D溫濕度傳感器系統(tǒng)高集成化[2]。所有HTU21D溫濕度傳感器的校準(zhǔn)均在高精度濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行,HTU21D溫濕度傳感器在檢測(cè)信號(hào)的工作過(guò)程中會(huì)調(diào)用OTP ROM中的校準(zhǔn)參數(shù)。
2.3供電模塊
本設(shè)計(jì)采用3.3V HT7333A穩(wěn)壓芯片將常用的5 V電源轉(zhuǎn)換成3.3 V電源供給單片機(jī)使用。HT7333A穩(wěn)壓芯片通過(guò)正向低壓降穩(wěn)壓器將5 V電源直接轉(zhuǎn)換成3.3V電源。為確保輸出穩(wěn)態(tài)3.3 V電源，在輸出端增加了1個(gè)100 uf電容，另外在MSP430F149芯片的輸入引腳也放置了一個(gè)100 pf的濾波電容，以降低芯片輸入引腳受到的干擾。
3 果園智能監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3.1下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
下位機(jī)設(shè)計(jì)軟件由主程序、數(shù)模轉(zhuǎn)化、GTH1000煙霧傳感器、Max232串口通訊模塊、蜂鳴器報(bào)警、HTU21D溫濕度傳感器等子程序模塊組成。通過(guò)下位機(jī)各子程序模塊才能實(shí)現(xiàn)MSP430F149單片機(jī)對(duì)監(jiān)控信息的采（未完，下一頁(yè)）
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