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            基于單片機的果園智能監控系統

            江蘇省宜興中等專業學校 莊立群 2019/3/3 9:32:33

               摘要:本文基于MSP430f149單片機為果園智能監控系統核心部件,運用實時傳感器檢測果園的環境溫度、濕度、光照數據和煙霧濃度等傳送到上位機顯示,并可根據監控數據響應發出報警提示火災等事故或驅逐害鳥,該果園智能監控系統具有操作簡便、靈敏度高、成本低等特點,真正實現果園智能化管理。
               關鍵詞:單片機;果園;智能監控
              
               果園管理和與普通大棚管理最大區別在于果園的外部環境要比大棚更加復雜多變,因此有必要對果園安裝智能監控系統,以實現環保、高效、智能的現代果園管理理念。現階段,科研人員對于網絡通信層面的果園智能監控系統研究較多,但對于單片機無線電子傳感方面的果園智能監控研究相對較少。本文根據普通果園的監控需求,設計以低功耗單片機MSP430f149為核心的果園智能監控系統,在動態監控各種果園環境參數的同時,起到安防火災預警、驅逐害鳥的作用。
               1 系統總體結構設計及工作原理
               果園智能監控系統由MSP430f149單片機、蜂鳴器報警裝置、電源裝置、氣體傳感器裝置,熱釋電紅外人體感應裝置、溫濕度傳感器裝置、串口通訊裝置7部分組成,能夠實現對果園環境煙霧濃度、溫濕度、果園安全防護的即時監控,各傳感器裝置通過信號采集端口實時接收原始模擬信號,經過信號處理后在計算機監控軟件上顯示監測結果,同時操作人員也能夠根據反饋結果設置相應的模塊參數。使用HTU21D溫濕度傳感器感應果園的環境溫度、濕度數據傳輸到計算機監控軟件上,同時配備煙霧傳感器,當發生果園林發生火災時及時發出聲音報警。計算機可視化監控平臺用VB程序編寫,包含各項果園實時環境數據顯示和控制,讓計算機監控界面更加人性化,果園智能監控系統總體結構框圖見圖1所示。
              
               圖1 果園智能監控系統硬件結構框圖
               2 果園智能監控系統硬件設計
               果園智能監控系統由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、計算機監控硬件構成。
               2.1 單片機的選擇
               本設計采用美國德州儀器公司生產的16位低功耗MSP430F149單片機,自帶60k FLASH,具有快速蘇醒、超低功耗等特點,芯片內部自帶大量的外圍模塊、2k大容量存儲空間、獨立于CPU的硬件乘法器、2個16位計數器、2個外部晶振、1個高精度12位模數轉換器、1個內部DCO振蕩器和2個異步或同步通道串行通信端口,同時支持ISP,方便在線升級、生產、調試。另外能抗電干擾確保系統正常運行,適用工業級運行環境。
               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氣體,對火災煙霧有一定的識別功能,是一種適合于多領域范圍的低成本煙霧傳感器,對一氧化碳氣體、煙霧粒子的靈敏度較高[1]。氣體通過GTH1000煙霧傳感器自動識別是否含有火災煙霧中的氣、液、固體微粒群,如果超過設定閾值則把監測的氣體參數傳送MSP430F149單片機P6.6端口,MSP430f149單片機接收模擬信號通過轉換自動與設置參數對比,如果超出閾值則發出聲音報警,并在上位機上顯示。
               2.2.2溫濕度傳感器模塊
               本設計選擇HTU21D作為溫濕度傳感模塊,它是一款由法國Humirel生產的高性能復合溫濕度傳感器。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、高性價比、低功耗、抗結露、高靈敏度、抗電磁干擾能力強等特點。主要包括電阻式感濕元件和測溫元件,I2C接口實現HTU21D溫濕度傳感器系統高集成化[2]。所有HTU21D溫濕度傳感器的校準均在高精度濕度校驗室中進行,HTU21D溫濕度傳感器在檢測信號的工作過程中會調用OTP ROM中的校準參數。
               2.3供電模塊
               本設計采用3.3V HT7333A穩壓芯片將常用的5 V電源轉換成3.3 V電源供給單片機使用。HT7333A穩壓芯片通過正向低壓降穩壓器將5 V電源直接轉換成3.3V電源。為確保輸出穩態3.3 V電源,在輸出端增加了1個100 uf電容,另外在MSP430F149芯片的輸入引腳也放置了一個100 pf的濾波電容,以降低芯片輸入引腳受到的干擾。
               3 果園智能監控系統軟件設計
               3.1下位機軟件設計
               下位機設計軟件由主程序、數模轉化、GTH1000煙霧傳感器、Max232串口通訊模塊、蜂鳴器報警、HTU21D溫濕度傳感器等子程序模塊組成。通過下位機各子程序模塊才能實現MSP430F149單片機對監控信息的采集、分析、處理、響應等,同時實現與(未完,下一頁

              
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