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

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯</p><p>　　題 目: 基于單片機(jī)的溫室環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng) </p><p>　　院系名稱： 專業(yè)班級(jí)： </p><p>　　學(xué)生姓名：

2、 學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： 教師職稱： </p><p>　　起止日期： 地 點(diǎn): </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(jī)的溫室環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)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(duì)于現(xiàn)代室內(nèi)農(nóng)業(yè)環(huán)境參數(shù)的自動(dòng)測(cè)量和控制是實(shí)現(xiàn)作物產(chǎn)量和溫室質(zhì)量的關(guān)鍵。近年來，我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)蓬勃發(fā)展，與此相應(yīng)，溫室監(jiān)測(cè)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(cè)控體系研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了可廣泛應(yīng)用于農(nóng)村的溫室分布結(jié)合智能測(cè)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(jī)由于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量小，顯示接口單一，雖信息量有限，但性能價(jià)格比高，因此可作為數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)的前端單元；而且PC具有大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，豐富的軟件，方便的人機(jī)交互等優(yōu)點(diǎn)，因此可作為數(shù)據(jù)處理和控制核心。如果我們使用過時(shí)和低價(jià)的PC，以PC為上位機(jī)，將由多臺(tái)微機(jī)組成的不同功

6、能控制模塊作為下位機(jī)，然后組建微電腦智能控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示信息和數(shù)據(jù)采集更好的監(jiān)控與管理，同時(shí)根據(jù)實(shí)際需要，進(jìn)而可以降低系統(tǒng)成本。</p><p>　　關(guān)鍵詞：智能控制，單片機(jī)，傳感器，環(huán)境監(jiān)測(cè)</p><p><b>　　1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理</b></p><p>　　分布式智能控制系統(tǒng)溫室最顯著的特點(diǎn)是整合數(shù)據(jù)采集，多模塊組合式的控制

7、和管理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，人機(jī)交互方便，適應(yīng)溫室中的多種作物管理控制的智能專家模糊控制技術(shù)[1]的應(yīng)用。分布式智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由上下兩層組成。以頂級(jí)PC為主機(jī)，使系統(tǒng)管理和專家模糊技術(shù)以智能化運(yùn)行，從而提供方便的控制界面，實(shí)現(xiàn)了溫室一體化監(jiān)測(cè)與管理。系統(tǒng)下部由一系列不同功能的模塊組成，在每個(gè)模塊中采用AT89C51單芯片作為下位機(jī)[2]，RS485用于上位機(jī)與所有AT89C51通信，然后采集，處理和控制溫室參數(shù)。每個(gè)功能模塊電氣完全隔離，結(jié)點(diǎn)

8、上的任何故障都不會(huì)對(duì)其他模塊產(chǎn)生任何影響。系統(tǒng)通過每個(gè)監(jiān)控模塊分別收集環(huán)境信息，并將其發(fā)送到主機(jī)PC，在PC配置控制系統(tǒng)中，將獲取的參數(shù)與設(shè)置值進(jìn)行比較，然后根據(jù)不同生長(zhǎng)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(duì)環(huán)境溫度，濕度，CO2濃度，土壤含水量給出相應(yīng)的操作說明或報(bào)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(fēng)扇附近），

9、設(shè)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(shí)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(shè)置水箱，根據(jù)需要設(shè)置滴管的螺線管，并根據(jù)土壤含水量模塊進(jìn)行控制； PC放置在溫室的主入口。</p><p><b>　　2.硬件設(shè)計(jì)</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(chǔ)方面受到限制，計(jì)算復(fù)雜功能較慢，所

10、以采用PC機(jī)，系統(tǒng)采用主從模塊，以PC為主機(jī)，將位于場(chǎng)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(guān)鍵。一般來說，PC的串行端口是標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)換器用于實(shí)現(xiàn)PC和SCM之間的通信。為了減少投資，同時(shí)考慮到用戶便利性和友好的人機(jī)交互，我們采用了高于RS486低于PIV的低價(jià)PC；考慮到配置軟件的運(yùn)行，要求運(yùn)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(gè)控制單元由SCM傳感器，信號(hào)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(cè)量，基于NDIR[4]技術(shù)，測(cè)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(bǔ)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(cè)量中選用基于CMOSens[5]技術(shù)的SHT11新型智能傳感器。在SHT11中，溫濕度傳感器，信號(hào)放大電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，I2C總線都集成在一個(gè)芯片中，具有全尺寸校準(zhǔn)，二線數(shù)字輸出，濕度測(cè)量范圍為0?100％RH，溫度測(cè)量范圍為-40℃?+ 123.8℃，濕度測(cè)量精度為±3.0％RH，溫度測(cè)量精度為±0.4℃，響應(yīng)時(shí)間<4s。硅光電檢測(cè)JY1-TB

13、Q-6的照度傳感器采用光測(cè)量，測(cè)量范圍為0?200000 Lux；光譜范圍為400?700 nm可見光；測(cè)量誤差小于2％； 輸出為4?20 mA或0?20 mV；輸出信號(hào)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(hào)驅(qū)動(dòng)器和輸出繼電器組成。</p><p>　　C. 土壤水分測(cè)量和控制模塊</p><p>　　水是一種極

14、性介質(zhì)，含水土壤的介電常數(shù)主要取決于水分，當(dāng)含水量不同時(shí)，波阻抗不同，本系統(tǒng)采用駐波無線電方法測(cè)定土壤水分?；诠こ屉姶艌?chǎng)理論，對(duì)于有損介質(zhì)，電磁波阻抗如下[6]：</p><p>　　其中μ為介質(zhì)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(dǎo)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(zhì)的損耗角正切值為λ/ωε ≈ 0.07

15、，如果選擇20MHz以上信號(hào)源的頻率，則ε ≈ ε∞，土體的虛部 波阻抗是忽略的，只是實(shí)際部分，相當(dāng)于純電阻。土壤水分傳感器由100 MHz信號(hào)源，同軸傳輸線和4針不銹鋼探頭組成，信號(hào)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(fù)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(zhǎng)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(cè)量傳輸線的駐波速率來測(cè)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(jìn)行灌溉。為了簡(jiǎn)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(shù)，在一定程度上可以通過采用該技術(shù)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(jī)交互方便；可根據(jù)用戶需求創(chuàng)建動(dòng)態(tài)圖像和圖表，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的布局可以直觀地顯示參數(shù)變化，控制狀態(tài)，超限時(shí)可以發(fā)出報(bào)警；可以通過使用存儲(chǔ)在特定數(shù)據(jù)庫(kù)中的環(huán)境參數(shù)的歷史曲線來實(shí)現(xiàn)溫室參數(shù)的模糊控制。從機(jī)的SCM軟件由Keil C51開發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)的模糊控制指令的實(shí)時(shí)采集、處理、上傳，完成對(duì)設(shè)備的本地控制。</p><p>　　A.控制模塊的程序設(shè)計(jì)</p><p>　　土壤濕度模塊子機(jī)

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(jì)算。土壤水分監(jiān)測(cè)和控制子機(jī)的軟件主要完成與子從機(jī)的數(shù)據(jù)通信，向主機(jī)上傳測(cè)量數(shù)據(jù)和當(dāng)前控制狀態(tài)，接受來自主機(jī)的模糊控制指令，并輸出實(shí)施指令。</p><p>　　機(jī)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(cè)量數(shù)據(jù)和電流控制狀態(tài)上傳到主機(jī)的任務(wù)，接受主機(jī)的模糊控制指令 并輸

20、出實(shí)施指令。所有從機(jī)都采用串行中斷模式3與主機(jī)進(jìn)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(shè)計(jì)</p><p>　　1）KingView 6.51的通訊設(shè)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(shè)定通訊參數(shù)。通訊中通常采用主從模式，采用響應(yīng)方式在這個(gè)過程中，主人首先發(fā)送一個(gè)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(yù)定的輪詢方法來進(jìn)行讀寫在KingView的項(xiàng)目瀏覽器中，首先點(diǎn)擊設(shè)備→COM1；在設(shè)備向?qū)У呐渲弥?，選擇智能模塊→SCM→HEX→串行端口的當(dāng)前SCM，然后選擇主機(jī)計(jì)算機(jī)通訊的服務(wù)參數(shù)。</p><p>　　2）KingView 6.51和數(shù)據(jù)庫(kù)的連接：數(shù)據(jù)庫(kù)是軟件的核心，不僅包含變量的定義，實(shí)時(shí)參數(shù)和歷史參數(shù)，而且還需要參數(shù)報(bào)警，模糊計(jì)算，報(bào)告和已獲得的displays.Access20

22、03桌面數(shù)據(jù)庫(kù)用作系統(tǒng)的記錄數(shù)據(jù)庫(kù)，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(gè)記錄體，建立ODBC的數(shù)據(jù)源創(chuàng)建查詢屏幕并進(jìn)行屏幕連接。要與Microsoft Access2003連接，SQLConnect（），SQLSelect（），SQLLast（），SQLNex（），SQLFist（），SQLPrew（），SQLInsrt（）等）的功能，應(yīng)以命令語言實(shí)現(xiàn)，然后實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和查

23、詢數(shù)據(jù)完成。</p><p>　　3）PC的軟件設(shè)計(jì)：對(duì)于溫室控制系統(tǒng)，PC的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(jié)論</b></p><p>　　根據(jù)農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)承受能力，采用現(xiàn)有溫室監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)技術(shù)，開發(fā)以PC為主機(jī)的溫室環(huán)境主從

24、分布式自動(dòng)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　1）PC數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大，模糊控制專家系統(tǒng)易于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，修改和系統(tǒng)升級(jí)。</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(jī)界面。</p><p>　　3）系統(tǒng)采用分布式，模塊化結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)維護(hù)更加方便，適應(yīng)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(jī)，可實(shí)現(xiàn)分區(qū)溫室的控制。</p><p><b>　　5. 參考文獻(xiàn)</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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