外文翻譯--基于單片機的溫室環(huán)境參數(shù)監(jiān)測和控制系統(tǒng)

1、<p>　　畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯</p><p>　　題 目: 基于單片機的溫室環(huán)境參數(shù)監(jiān)測和控制系統(tǒng) </p><p>　　院系名稱： 專業(yè)班級： </p><p>　　學生姓名：

2、 學 號： </p><p>　　指導教師： 教師職稱： </p><p>　　起止日期： 地 點: </p><p>　　附 件： 1.外文資料翻譯譯文； 2.外文原文。

3、 </p><p>　　附件1：外文資料翻譯譯文</p><p>　　2010 International Conference on Computer and Communication Technologies in Agriculture Engineering（CCTAE 2010）（Volume 1）</p><p>　　基于單片機的溫室環(huán)境參數(shù)監(jiān)測和控

4、制系統(tǒng)</p><p>　　Chandrasekaran S，Haritha Ravi，Aiswarya S and Dipesh Dugar M</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　對于現(xiàn)代室內(nèi)農(nóng)業(yè)環(huán)境參數(shù)的自動測量和控制是實現(xiàn)作物產(chǎn)量和溫室質量的關鍵。近年來，我國設施農(nóng)業(yè)蓬勃發(fā)展，與此相應，溫室監(jiān)測與控制儀器取得了

5、一定的發(fā)展。經(jīng)過數(shù)年的不懈努力，我們農(nóng)業(yè)環(huán)境參數(shù)測控體系研究團隊設計了可廣泛應用于農(nóng)村的溫室分布結合智能測控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要控制溫度、濕度、二氧化碳濃度、土壤濕度和溫室照明。單片機由于數(shù)據(jù)存儲量小，顯示接口單一，雖信息量有限，但性能價格比高，因此可作為數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測的前端單元；而且PC具有大量的數(shù)據(jù)存儲，豐富的軟件，方便的人機交互等優(yōu)點，因此可作為數(shù)據(jù)處理和控制核心。如果我們使用過時和低價的PC，以PC為上位機，將由多臺微機組成的不同功

6、能控制模塊作為下位機，然后組建微電腦智能控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對顯示信息和數(shù)據(jù)采集更好的監(jiān)控與管理，同時根據(jù)實際需要，進而可以降低系統(tǒng)成本。</p><p>　　關鍵詞：智能控制，單片機，傳感器，環(huán)境監(jiān)測</p><p><b>　　1.系統(tǒng)結構及原理</b></p><p>　　分布式智能控制系統(tǒng)溫室最顯著的特點是整合數(shù)據(jù)采集，多模塊組合式的控制

7、和管理，結構簡單，人機交互方便，適應溫室中的多種作物管理控制的智能專家模糊控制技術[1]的應用。分布式智能控制系統(tǒng)的結構由上下兩層組成。以頂級PC為主機，使系統(tǒng)管理和專家模糊技術以智能化運行，從而提供方便的控制界面，實現(xiàn)了溫室一體化監(jiān)測與管理。系統(tǒng)下部由一系列不同功能的模塊組成，在每個模塊中采用AT89C51單芯片作為下位機[2]，RS485用于上位機與所有AT89C51通信，然后采集，處理和控制溫室參數(shù)。每個功能模塊電氣完全隔離，結點

8、上的任何故障都不會對其他模塊產(chǎn)生任何影響。系統(tǒng)通過每個監(jiān)控模塊分別收集環(huán)境信息，并將其發(fā)送到主機PC，在PC配置控制系統(tǒng)中，將獲取的參數(shù)與設置值進行比較，然后根據(jù)不同生長階段作物的各種專家智能模糊控制系統(tǒng)，通過模糊控制指令對環(huán)境溫度，濕度，CO2濃度，土壤含水量給出相應的操作說明或報警。</p><p>　　該系統(tǒng)適用于秦皇島農(nóng)村溫室，通常在溫室內(nèi)靠近東西端1/4，距北半部中部（濕簾附近）和南部一半（風扇附近），

9、設置空氣溫濕度模塊，二氧化碳濃度和土壤含水量模塊，根據(jù)實際情況，在溫室中部添加土壤含水量模塊；在主入口高度為1.5米，設置水箱，根據(jù)需要設置滴管的螺線管，并根據(jù)土壤含水量模塊進行控制； PC放置在溫室的主入口。</p><p><b>　　2.硬件設計</b></p><p>　　在分布式數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中，由于微控制單元在數(shù)據(jù)存儲方面受到限制，計算復雜功能較慢，所

10、以采用PC機，系統(tǒng)采用主從模塊，以PC為主機，將位于場景中的SCM[3]系統(tǒng)作為從站。在這種分布式系統(tǒng)中，通信是它的關鍵。一般來說，PC的串行端口是標準的RS232，傳輸距離更短。在農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)中，通信距離為數(shù)十米或幾公里，因此RS232 / RS485轉換器用于實現(xiàn)PC和SCM之間的通信。為了減少投資，同時考慮到用戶便利性和友好的人機交互，我們采用了高于RS486低于PIV的低價PC；考慮到配置軟件的運行，要求運行內(nèi)存為64 M以上,

11、硬盤為10 Gb以上。</p><p>　　B. 溫度和濕度，照度和CO2濃度的控制模塊</p><p>　　每個控制單元由SCM傳感器，信號處理電路，RS485接口和輸出電路組成。二氧化碳濃度通過傳感器測量，基于NDIR[4]技術，測量范圍為0-2×103mol。通過傳感器，控制系統(tǒng)，通過數(shù)字濾波軟件，線性插值和溫度補償，CO2濃度輸出為符合UART協(xié)議的數(shù)字，然后直接輸入到S

12、CM。</p><p>　　在溫濕度測量中選用基于CMOSens[5]技術的SHT11新型智能傳感器。在SHT11中，溫濕度傳感器，信號放大電路，A/D轉換電路，I2C總線都集成在一個芯片中，具有全尺寸校準，二線數(shù)字輸出，濕度測量范圍為0?100％RH，溫度測量范圍為-40℃?+ 123.8℃，濕度測量精度為±3.0％RH，溫度測量精度為±0.4℃，響應時間<4s。硅光電檢測JY1-TB

13、Q-6的照度傳感器采用光測量，測量范圍為0?200000 Lux；光譜范圍為400?700 nm可見光；測量誤差小于2％； 輸出為4?20 mA或0?20 mV；輸出信號可以在放大到0?4 V后直接發(fā)送到SCM的A / D。模塊接受上部的指令，并通過輸出電路輸出。輸出電路由光隔離，信號驅動器和輸出繼電器組成。</p><p>　　C. 土壤水分測量和控制模塊</p><p>　　水是一種極

14、性介質，含水土壤的介電常數(shù)主要取決于水分，當含水量不同時，波阻抗不同，本系統(tǒng)采用駐波無線電方法測定土壤水分?；诠こ屉姶艌隼碚摚瑢τ谟袚p介質，電磁波阻抗如下[6]：</p><p>　　其中μ為介質滲透率，μ≈μ0為真空滲透率，ε為中等介電常數(shù)，λ為中等電導率，ω為電磁波頻率。</p><p>　　在非常低的音頻（<2000 Hz）中，干擾電介質的損耗角正切值為λ/ωε ≈ 0.07

15、，如果選擇20MHz以上信號源的頻率，則ε ≈ ε∞，土體的虛部 波阻抗是忽略的，只是實際部分，相當于純電阻。土壤水分傳感器由100 MHz信號源，同軸傳輸線和4針不銹鋼探頭組成，信號電磁波沿線路傳輸?shù)教筋^。由于探頭阻抗和線路阻抗不同，入射波和 反射波形成駐波。</p><p>　　以同軸傳輸線為無損均勻線，波阻抗為Z0，ZL為負載阻抗。 然后探頭電壓波的反射系數(shù)為：</p><p>　　

16、Γ=（ZL-Z0）/(ZL+Z0)</p><p>　　選擇傳輸線的長度為l =λ/ 4，線路兩端的最大和最小值為Umax和Umin，則線路中的駐波無線電可以表示為：</p><p>　　S=Umax /Umin =(1-|Γ|)/(1+|Γ|)</p><p>　　這樣可以通過測量傳輸線的駐波速率來測量土壤水分無線電。</p><p>　　

17、土壤濕度模塊由傳感器和控制器組成，傳感器從屬于控制器，控制器可以省略而無需在溫室中進行灌溉。為了簡化控制，本系統(tǒng)控制土壤水分采用分區(qū)式節(jié)水型灌溉技術，在一定程度上可以通過采用該技術將地上上下參數(shù)解耦。</p><p><b>　　3.控制系統(tǒng)編程</b></p><p>　　PC軟件由KingView 6.51[7]開發(fā)，該配置軟件可靠性高，開發(fā)周期短，圖形界面生成功

18、能完善，人機交互方便；可根據(jù)用戶需求創(chuàng)建動態(tài)圖像和圖表，現(xiàn)場設備的布局可以直觀地顯示參數(shù)變化，控制狀態(tài)，超限時可以發(fā)出報警；可以通過使用存儲在特定數(shù)據(jù)庫中的環(huán)境參數(shù)的歷史曲線來實現(xiàn)溫室參數(shù)的模糊控制。從機的SCM軟件由Keil C51開發(fā)，實現(xiàn)對主機的模糊控制指令的實時采集、處理、上傳，完成對設備的本地控制。</p><p>　　A.控制模塊的程序設計</p><p>　　土壤濕度模塊子機

19、的軟件，包括主要功能，數(shù)據(jù)采集處理子程序，中斷處理和通信等，通過并行數(shù)據(jù)端口讀取駐波電壓值，獲得土壤水分值 內(nèi)容按功能計算。土壤水分監(jiān)測和控制子機的軟件主要完成與子從機的數(shù)據(jù)通信，向主機上傳測量數(shù)據(jù)和當前控制狀態(tài)，接受來自主機的模糊控制指令，并輸出實施指令。</p><p>　　機溫濕度軟件主要完成通過I2C集中讀取二氧化碳濃度和溫濕度的數(shù)據(jù)，將測量數(shù)據(jù)和電流控制狀態(tài)上傳到主機的任務，接受主機的模糊控制指令 并輸

20、出實施指令。所有從機都采用串行中斷模式3與主機進行通信，發(fā)送數(shù)字采集和接收指令。</p><p>　　B. PC和模糊控制系統(tǒng)的程序設計</p><p>　　1）KingView 6.51的通訊設置：為確保通訊的正確性，上下必須遵循相同的通訊協(xié)議，設定通訊參數(shù)。通訊中通常采用主從模式，采用響應方式在這個過程中，主人首先發(fā)送一個命令給奴隸，然后從奴隸收到命令后給出答案，因此一旦通信完成，在K

21、ingView中，采用預定的輪詢方法來進行讀寫在KingView的項目瀏覽器中，首先點擊設備→COM1；在設備向導的配置中，選擇智能模塊→SCM→HEX→串行端口的當前SCM，然后選擇主機計算機通訊的服務參數(shù)。</p><p>　　2）KingView 6.51和數(shù)據(jù)庫的連接：數(shù)據(jù)庫是軟件的核心，不僅包含變量的定義，實時參數(shù)和歷史參數(shù)，而且還需要參數(shù)報警，模糊計算，報告和已獲得的displays.Access20

22、03桌面數(shù)據(jù)庫用作系統(tǒng)的記錄數(shù)據(jù)庫，并通過使用SQL，由KingView通過ODBC操作。過程是：在KingView中創(chuàng)建數(shù)據(jù)變量以創(chuàng)建一個記錄體，建立ODBC的數(shù)據(jù)源創(chuàng)建查詢屏幕并進行屏幕連接。要與Microsoft Access2003連接，SQLConnect（），SQLSelect（），SQLLast（），SQLNex（），SQLFist（），SQLPrew（），SQLInsrt（）等）的功能，應以命令語言實現(xiàn)，然后實時存儲和查

23、詢數(shù)據(jù)完成。</p><p>　　3）PC的軟件設計：對于溫室控制系統(tǒng)，PC的數(shù)據(jù)存儲容量是無限制的，如果現(xiàn)有的成熟軟件模塊包含在系統(tǒng)中，則可以提高系統(tǒng)的可靠性。軟件由控制模塊和管理模塊組成。</p><p><b>　　4. 結論</b></p><p>　　根據(jù)農(nóng)民的經(jīng)濟承受能力，采用現(xiàn)有溫室監(jiān)測環(huán)境參數(shù)技術，開發(fā)以PC為主機的溫室環(huán)境主從

24、分布式自動控制系統(tǒng)。系統(tǒng)具有以下特點：</p><p>　　1）PC數(shù)據(jù)存儲量大，模糊控制專家系統(tǒng)易于數(shù)據(jù)存儲，修改和系統(tǒng)升級。</p><p>　　2）通過使用KingView開發(fā)PC軟件，提高了系統(tǒng)的可靠性，縮短了開發(fā)周期，獲得了友好的人機界面。</p><p>　　3）系統(tǒng)采用分布式，模塊化結構，使系統(tǒng)維護更加方便，適應生產(chǎn)需要。從站的監(jiān)控模塊根據(jù)需要通過RS

25、485總線連接到主機，可實現(xiàn)分區(qū)溫室的控制。</p><p><b>　　5. 參考文獻</b></p><p>　　[1] Jones RCM, Freegard S, Reeves M, Hanney K, Dobbs F.The role of the practice nurse in the management of chronicobstructive

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