基于arm9的大棚远程温湿度监控系统设计

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1、基于ARM9的大棚远程温湿度监控系统设计范治政，刘永春（四川理工学院自动化与电子信息学院，四川自贡６４３０００）摘要：设计了一种以ＡＲＭ９处理器作为主控器的监控系统，采用高精度温湿度传感器ＤＨＴ１１，并结合ＬａｂＶＩＥＷ虚拟仪器软件编写上位机界面，借用ＬａｂＶＩＥＷ中自带的Ｗｅｂ服务发布功能，实现了大棚内温湿度参数远程动态监测功能。试验结果表明，系统能及时地采集和显示大棚内的温湿度参数，可实现远程监控。..关键词：ＡＲＭ９；ＤＨＴ１１；ＬａｂＶＩＥＷ；大棚；温湿度中图分类号：ＴＰ２７７；ＴＰ３６８．１文献标识码：A：0439－８114（２０15）03－0705-04在

2、以往的大棚种植过程中，检测温湿度通常是在大棚内悬挂温度计，通过人工计量的方式进行。这种方式效率低下，费时费力，且易产生差错［１］。昼夜温湿度变化过大，将对大棚作物生长造成不利的影响，为了提高大棚的生产效率，有必要对大棚温湿度进行监控。监控系统采用ＡＲＭ９作为核心处理器，高精度温湿度传感器ＤＨＴ１１作为测量元件，通过ＲＳ４８５总线将大棚内温湿度参数传回到监控机。监控界面采用ＬａｂＶＩＥＷ软件编写，ＬａｂＶＩＥＷ虚拟仪器内部集成了一个强大的ＶＩＳＡ库。库内集成了许多通用仪器接口（ＧＰＩＢ仪器、ＲＳ２３２仪器等），通过调用内部接口子ＶＩ可以轻易地从仪器当中读取需要的数据。Ｌ

3、ａｂＶＩＥＷ内嵌了ＴＣＰ／ＩＰ协议，不用复杂的ＴＣＰ编程就可以实现网络数据的远程传输。监控系统可实现温湿度越界报警，供监测者判断并采取相应的措施及时调整大棚内的温湿度参数。这种监控系统为大棚生产自动化提供了有效的手段。１系统结构与工作原理系统结构图如图１所示。从图１可以看出，监控系统主要由传感器检测单元、驱动电路、ＡＲＭ控制器、ＲＳ４８５总线和监控机构成。下位机以Ｓ３Ｃ２４４０处理器为核心，采用ＤＨＴ１１传感器检测大棚内的温湿度参数，将检测到的参数送到控制器中处理，控制器从参数中分离出温湿度参数，通过ＲＳ４８５总线发送给监控机。控制器内部能实现温湿度报警和自动调节功能

4、。监控机通过ＲＳ４８５和ＲＳ２３２转换电路从串口读取温湿度参数，并将温湿度值动态地显示在监控界面上。通过和预设参数作逻辑比较实现温湿度报警。监控机通过ＬａｂＶＩＥＷ的Ｗｅｂ服务功能将参数送到网络上，供远程监控者浏览和控制。２系统硬件设计２．１ＡＲＭ控制系统ＡＲＭ控制系统采用基于ＡＲＭ９２０Ｔ内核的Ｓ３Ｃ２４４０低功耗处理器。内部资源丰富，支持１６／３２位指令集。控制器主要包含了电源模块、ＲＴＣ时钟模块、存储电路、复位电路等。ＡＲＭ控制器有３通道串口，系统中使用一路串口发送（接收）数据。控制器程序下载和升级主要通过控制器所带的ＪＴＡＧ接口完成。２．２温湿度采集和处理电路

5、系统采用的数字式传感器ＤＨＴ１１，是一款集温湿度测量并带有数字信号校准的传感器。ＤＨＴ１１是单数字总线输出，用一根数据线和ＡＲＭ９通用ＧＰＩＯ口相接就可以进行数据传输，ＤＨＴ１１测量湿度范围为２０％～９０％ＲＨ，温度范围为０～５０℃［２］。使用时为了避免数据传送时出现冲突，需在数据输出管脚接１０Ｋ上拉电阻。温湿度采集电路图如图２所示。２．３驱动电路和报警电路当采集到的温湿度参数低于（高于）报警值时，报警电路将会驱动蜂鸣器发出声音提示报警。报警分为两种情况，当参数值低于最低设定值时，点亮Ｄ１同时蜂鸣器响应；当参数值高于设定值时，点亮Ｄ２同时蜂鸣器响应。当系统报警时可通过

6、控制风机和加湿器以调节棚内温湿度。出现报警时，控制系统需要判断属于哪一种情况以控制外部设备进行调整。控制风机和加湿器的驱动电路基本一致，配置ＧＰＦ１管脚为输出，低电平时光电耦合器接通继电器开始工作。在断开时为了保护继电器，需要在线圈两端并上一个ＩＮ４００７续流二极管，以达到消弧的目的［３］。驱动与报警电路如图３。３系统软件设计３．１控制器软件设计下位机软件流程图如图４所示。ＡＲＭ控制系统负责温湿度数据的采集和转化。系统上电运行后，控制器初始化内部寄存器；初始化结束后，读取传感器中的温湿度数据。ＤＨＴ１１传感器是单总线式的传感器，总线处于空闲状态时为高电平。读取数据前控

7、制器应该将总线拉低至少１８ｍｓ，再拉高２０～４０ｍｓ等待ＤＨＴ１１应答。ＤＨＴ１１识别到应答信号后自动拉低总线８０μｓ，然后再拉高８０μｓ作为应答。传感器响应后开始传输数据，一次通信时间约４ｍｓ，传输４０位数据。前１６位数据代表湿度参数，由８位整数和８位小数组成；中间１６位数据代表温度参数，由８位整数和８位小数组成；最后８位是校验码数据。４０位数据被ＡＲＭ控制器分离后会通过４８５总线发送到上位机。监控者可根据监控情况向控制器发送指令控制外部设备。要发送和接收数据还需初始化串口。通过Ｕａｒｔ０＿ｉｎｉｔ（ｖｏｉｄ）子函数设置串口工作波特率、发送数据位数