中国地质大学嵌入式系统分布式测控网络方案..docx

中国地质大学（武汉）嵌入式系统方案——基于STM32的智能温室控制系统 组 员： 班 级： 指导老师：杨勇一、硬件部分：41系统总体设计方案41.1温室系统的组成41.2控制方案设计42智能温室控制系统传感器设计53 WIFI模块设计83.1WIFI模块构架83.2WiFi 模块的工作流程9二、软件部分 11一、硬件部分：1系统总体设计方案 1.1温室系统的组成 温室系统主要包括智能控制系统、加湿系统、通风系统、遮阳系统及加热系统五部分。智能控制系统是温室的控制核心，通过数据采集模块收集温 室内的各环境参数并将监测结果实时显示在微控制 器及计算机屏幕上，同时对各参数进行实时控制和 调节，满足作物生长需要。加湿系统的主要功能是 确保室内作物生长所需的水分；当温室内温度偏高时，通风系统可降低室内温度；遮阳系统用来保证 室内光照强度；供暖系统主要是保证作物生长在最适合的温度环境下。1.2控制方案设计 在综合考虑系统的测量精度，效率以及成本等多方面要求之后，选取温室内温度、湿度和光 照度作为主要被控制量，以天窗/侧窗、风机、遮阳网、加热加湿装置等执行机构作为输出控制。智 能温室控制系统总体结构如图1所示。 传感器3传感器2传感器1传感器5pc机传感器4主控制器 图1智能温室控制系统总框图 主控制器其作为整个系统的核心，负责整合各个感应器，将感应器获取的数据接收，整合，处理，然后通过网络系统传输给pc机。上位机负责记录储存主控制器传输过来的数据，方便人员监测和调节整个系统。同时主控制器也负责接收从pc机传来的指令，将其传输给其他部件降指令执行。 智能温室系统几个主要的指标有温度，湿度，光照，振动等，所以在系统中加上几个传感器。传感器1----温度传感器，传感器2----湿度传感器，传感器3----振动传感器，传感器4----光照传感器，传感器5----开关传感器。 由图1可知，主控制器是整个系统的中心，负责接收各个分站节点发来的数据，并将总线上的数 据发送给上位机。上位机仅作为辅助功能，记录各 分站节点的环境参数，便于工作人员实时监控前端 工作数据情况，在发生意外时能及时处理。同时主 控制器也可以接收上位机上的指令。本方案主控制 器选用的是以ARM Cortex-M3为内核的STM32F107互联型系列处理器，主频为72MHz。其中内部集成有CAN控制器，符合CAN规范CAN2.0A和CAN2.0B，通过CAN总线与带CAN总线接口的分站节点通信，构成 智能温室测控系统。本设计的分站为整个控制系统 的核心，以STM32F103VBT6增强型系列处理器为智能控制器，由信号采集、智能控制、数据显示、键盘中断、数据通信、执行机构等模块组成。控制器通过传感器将温室内的温度、湿度及光照度等环 境因子转换成相应的电信号，经过滤波电路后送入 单片机，实现对信号的采样。采集后的信号与预先 设定的数值进行比较，当温室内环境因子指数超出 预先设定值时，启动执行机构。分站也可以接受主 控制器上的指令对各个模块进行控制。系统在控制策略上采用上下限控制。可根据室内温度、湿度和光照度等参数的变化，按照预先设定的阀值，实现对天窗/侧窗、风机、加湿加热装置的智能控 制，调控温室的气候环境，以满足作物生长的需 要。同时分站能够脱离主控制器及上位机, 实现独立高效的工作。 2智能温室控制系统传感器设计 本系统中考虑的环境因子有3个：温度、湿度和光照度。温度检测选用Dallas 公司生产的单线式数字温度传感器DS18B20，该器件耐磨、耐碰，体积小，使用方便，适合于恶劣环境下的现场温度 测量。采用直接数字化输出，只有3个引脚（即电 源VDD、地线GND、数据线DQ），且自带A/D直接输 出数字量，不需要外部元件。现场温度直接以单总线的数字方式传输，用符号扩展的16位数字量 方式串行输出，大大提高了系统的抗干扰性。该电 路测量温度范围为－55~＋125℃，精度为0.5℃，用9bit数字量表示温度，每次将温度转换成数字量需200ms。其测温电路如图2。 图2温度采集电路 对湿度的测量采用Honeywell公司生产的HIH-4000集成湿度传感器。该传感器采用热固聚酯 电容式传感头，同时内部集成了信号处理功能，因 此可完成将相对湿度值变换成电容值，再将电容值 转换成线性电压输出的任务。根据HIH-4000的特 性，输出电压与湿度的典型配合关系曲线如图3所 示，本系统只需对输出电压进行A/D采集即可获得 湿度值，而STM32自带了A/D功能所以无需再搭建外围电路。其湿度测量电路如图4所示。 图3 输出电压与湿度的典型配合关系曲线 图4 湿度采集电路 光照度的测量采用ROHM数字型输出环境光亮度/光强传感器BH1750FVI。此传感器内置了高精度的 16bitA/