Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｅｎａｉｎｅ＆Ｐａｒｔｓ ・１３９・ 基于ＳＴＭ３２的温室大棚远程多数据采集器的设计 Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｌｏｎｇ－ｒａｎｇｅ Ｍｕｌｔｉ－ｄａｔａ Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ Ｂａｓｅｄ Ｏｎ ＳＴＭ３２ ｉｎ Ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ 王俊伟：温荣 （河套学院机电工程系，巴彦淖尔０１５０００） 摘要：随着现代技术的发展，温室大棚智能监控系统得到了广泛的应用。本文基于ＳＴＭ３２单片机对温室大棚远程多数据采集器 进行设计，分析了系统的硬件功能模块和软件程序设计，实现了温室大棚的温度数据采集、湿度数据采集、光照数据采集、二氧化碳数 据采集、存储及数据远程传输。 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｍｏｄｅｍ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＳＴＭ３２ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｍｏｔｅ ｍｕｌｔｉ－ｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ ｉｎ ｔｈｅ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ，ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｐｒｏｇｒａｍ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ，ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｄａｔａ ａｅｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ＣＯ２ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ｓｔｏｒａｇｅ ａｎｄ ｄａｔａ ｒｅｍｏｔｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ． 关键词：ＳＴＭ３２；采集器；温室大棚 Ｋｅｙ ｗｏｒ￣：ＳＴＭ３２；ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ；ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ Ｏ引言 温室大棚内的光照度、湿度及温度等都是农作物生长 单片机 ＳＴＭ３２Ｆ１０３ ＣＢＴ６ ｔ一的关键因素，因此，对这些数据进行采集实时监测大棚内 的环境，因此，相应的数据采集器也成为了研究的重点。本 文选择单片机ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＣＢＴ６作为采集器的微处理器， ’ 一回圈 以ＲＳ一２３２Ｃ、ＲＳ一４８５串口作为通信接口对采集器进行设 计，实时对温室大棚进行监测，分析农作物的生长条件。 皇ｌ ２．１微处理器 ｌ １系统总体设计 本文设计的温室大棚远程多数据采集器包括中央处 图１系统的整体结构图 理器、传感器模块、接口通信模块、电源模块四部分。中央 处理器主要对多个传感器进行控制，控制传感器的数据采 设计的温室大棚远程多数据采集器的单片机采用由 ＡＲＭ公司生产的ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＣＢＴ６ 片，该芯片采用４８ 引脚封装，具有低功耗、低成本、高性能的Ｃｏｄｅｘ—Ｍ３内 集，通过ＲＳ一２３２Ｃ、ＲＳ－－４８５串口作为通信接口将采集的数 据传输到计算机。传感器模块主要是对温室大棚内的温 度、湿度、光照等进行检测采集得到相关的数据。电源模块 核，其具有３２位芯片的处理性能，处理数据速度较快，最 高数据处理速度可以达到７２ＭＨｚ，其供电为３．３Ｖ直流供 电，具有丰富的外设接口，包括Ｉ２Ｃ两个、１２位模数转换 器两个、６路ＰＷＭ定时器、１６位定时器等，片内集成了 １２８ｋ闪存存储器，本采集器在设计过程中，合理利用芯片 外围电路更加简单。 对单一电压进行转换，将单一电压转换成不同的电压值之 后，实现采集器各部分模块的供电。系统结构如图１所示。 ２温室大棚远程数据采集器的硬件部分设计 的各种功能，显著降低了系统设计的成本，并且使系统的 系统的硬件部分包括微处理器、传感器模块、电源模 块、看门狗电路模块、通信模块。 作者简介：王俊伟（１９８５一），男，内蒙古包头人，助教，河套学院任 ２．２传感器模块 本研究中设计的基于单片机ＳＴＭ３２ＦｌＯ３ＣＢＴ６的温室 大棚远程多数据采集器的传感器模块包括温度检测、湿度 教，主要研究方向为过程参数检测与控制。 传输控制点，分区域施工时，放线孔也应该分区域来设置， 因此，必须做好。施工人员必须按照相应的程序以及工作 方法来开展，并做好相应的检查，同时，我们也应该重视放 以方便施工。 线技术发展的新的方向，积极学习，促进建筑业水平的不 ３．３放线的记录与整理 在整个建筑测量放线过程中，应该做好放线的记录以 断发展。及整理工作。在施工过程中，如果出现问题，应该观测后将 问题立即报告进行处理，并且要将处理结果整理成报告加 以保存。事后还应该对问题进行分析、总结经验，为以后的 参考文献： 【ｌ】黄享成．建筑施工中放线技术的一些探究［Ｊ］．中华民居（下 月旬），２０１４（１）：３２１—３２２． 工作提供参考。因此，在测量放线过程中，应该注意放线的 富向导，２０１２。１７（１７）：４１８—４１９． 记录以及整理，确保项目的正常有序的开展。 【３】张广涛．探讨房屋建筑测量放线施工技术与改进，经营管 ２０１５（３０）． 建筑测量放线的好坏是与建筑质量直接相关的工作， 理者，［２］张振，魏建军．浅谈房屋建筑测量放线设施技术［Ｊ］．科技致 ・１４０・ 内燃机与配件 检测及光照检测，因此传感器模块包括温度传感器、光照 机的串行口电平不同，因此，为了实现串行接口通信，需要 检测传感器、湿度传感器。本设计中的温度传感器采用 对于单片机的ＴＩ１Ｌ电平进行转换，实现串行接口通信，该 ＤＳ１８Ｂ２０，对大棚内的温度进行实时监测，该传感器与单 采集器采用专用的ＲＳ一２３ ８５标准转换芯片ＭＡｘ３１６２Ｅ 片机的通信通过一线总线接口实现。本温度传感器的温度 来实现ＰＣ机与通信总线的电平转换。转换完成之后，单片 监控范围为一５５ｏＣ一＋１２５ｏＣ，能够满足温室大棚的监控需 机中存储的数据通过通用串口ＲＳ一２３２Ｃ／ＲＳ＿４８５总线传输 求，并且在一１０ｏＣ一＋８５ 内的监控精确度为±Ｏ．５。Ｉ二。 到计算机的数据库中进行存储、分析和利用。 ＤＳ１８Ｂ２０传感器内部配置寄存器，有非易失性温度报警触 发器ＴＨ和ＴＬ，传感器采集的温度数据完成转换之后，储 ３温室大棚远程数据采集器软件设计 温室大棚远程数据采集器的软件部分采用Ｃ语言进 存ＴＨ和ＴＬ中，通过预设中的ＴＨ和ＴＬ温度报警值，采 行编写，采用模块化的设计方法对系统的各部分功能进行 集温度数值之后会自动进行比较，一旦超过设置的报警阀 封装。软件模块有传感器的数据采集、看门狗电路、串口通 值，会自动进行报警，温度传感器的温度阀值设定可以通 过上位机完成，设定完成之后，设定的温度阀值将自动写 入ＤＳ１８Ｂ２０传感器中。 采集器中的湿度监测采用湿度传感器ＡＭ２３０２湿敏 电容数字模块。该传感器的湿度测量范围为０—１００％ＲＨ， 精度为±２％ＲＨ，它是一款含有已校准数字信号输出的温 湿度复合传感器，其与单片机的连接也采用相同的一线总 线接口方式，稳定性和可靠性较高。本设计中的光照度检 测采用传感器ＢＨ１７５０ＦＶＩ，它是一种用于两线式串行总 线接口的数字型光强度传感器集成电路；其量程达到了 １—６５５３５１ｘ，高分辨率较高，可以实现高精度的光强度测 定，测量精度达ｌｌｘ，并且探测的光强度变化范围较大，直 接进行数字输出，省略标定和复杂的计算，并且支持Ｉ２Ｃ 接口，输入范围广和光源依赖性弱等持点。二氧化碳传感 器采用ＮＡＰ一２１Ａ，该传感器为模拟量传感器，其内部有敏 感电阻，当被检测的二氧化碳与敏感电阻接触时，敏感电 阻的阻值也会进行相应的变化。 ２．３电源模块 本采集器中的电源模块采用ＤＣ—ＤＣ电源模块，该模 块由两节锂电池组成，电源电压为３．７Ｖ，输出的电流为 ２６００ｍＡ，由于单片机ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＣＢＴ６（３．３Ｖ）、温湿度传感 器（３．３Ｖ）、二氧化碳传感器（１．８Ｖ）、光照度传感器（３．３Ｖ）、 进行供电，因此电源模块的供电电压需要进行转换，通过 ＡＣＴ６９０７Ｕ３３０、ＡＣＴ６９０７Ｕ１８０芯片将单一的３．７Ｖ电源转 化为３．３Ｖ、１．８Ｖ。 ２．４看门狗电路模块 为了保证该采集器的正常工作，该采集器设计过程中 添加了看门狗电路模块，采用的看门狗芯片为Ｘ２５０５４，其 主要功能有监控电源，防止运行程序跑飞，扩充控制芯片 存储空间等。 ２．５通信模块 采集器采集相关工作数据之后，无论进行数字量直接 输出还是进行Ａ／Ｄ转换，这些数据储存在单片机总线上，不 能直接使用，因此，为了对这些数据进行转换形成可用数据 需要对数据进行ＭＣＵ编程，但是由于需要实时对温室大 棚的相关数据进行采集，而ＲＡＭ单元的存储容量有限，因 此，需要将数据传输到计算机中进行存储。为了采集器具备 更好的兼容性，本采集器与计算机中的接口采用通用的 ＲＳ一２３２Ｃ、ＲＳ－４８５两种常用接口形式，由于单片机和计算 信、中断系统、电源管理等模块。采集器的软件部分主要是 对温度、湿度、光照传感器的启停进行控制，并完成程序的 初始化、数据的发送等。主程序首先通过初始化函数对单 片机进行配置，设置完成之后进入循环状态等待计算机发 送命令，设定发送命令时间，超出设定的时间没有发送命 令，单片机进入自动采集模式即采集一段时间之后其余时 间自动进入休眠状态，这些时间的设定都是利用精确的定 时中断机制来实现各个任务的调度，最后再将采集到的数 据存在ｆｌａｓｈ内。存入ｆｌａｓｈ内的数据可以通过输入相应命 令来读取和清除。本系统的程序流程图如图２所示。 ．＿二支～ ＜ 收到 ≥ 羯鬻 军 霉 、、 ，．。 …粤 量……一 ｝ 自动采集数据 ｛ ｌ ～ 一… ｉｌ ｌＬ …… 进入休眠模式 ｌ 图２主程序流程图 ４结束语 本文基于单片机ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＣＢＴ６芯片对大棚远程多 数据采集器进行设计，设计的采集器能够满足温室大棚的 日常监控需求，该采集器调试成功之后，通电之后即可对温 室大棚的相关数据进行采集，经过测试该采集器的监控灵 敏度较高，完全可以满足温室大棚的监控需求。随着单片机 技术及通信技术的发展，该采集器的功能将会进一步完善。 参考文献： ｆ１］ＲＩ军．例说ＳＴＭ３２［Ｍ］．北京：北京航空航天出版社，２０１１． ｆ２］彭刚，秦志强．基于ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ３的ＳＴＭ３２系列嵌入式 微控制器应用实践【Ｍ１．北京：电子工业出版社，２０１１． ｆ３１汪文忠．基于ＳＴＭ３２单片机的自动气象采集系统软件设 计［Ｊ］．可编程控制器与工厂自动化（ＰＬＣ＆ＦＡ），２０１２（３）：５２—５６． ｆ４１杨磊，张文超，秦会斌．基于ＳＴＭ３２的指纹识别系统设计 与实现『Ｊ１．机电工程，２０１１（１２）：１５３１—１５３５．
