学位论文—基于单片机的蔬菜大棚农业自动化灌溉系统研究设计方案_.doc

基于单片机的蔬菜大棚农业自动化灌溉系统研究设计摘要:。为此, 介绍一种基于单片机和射频模块 nRF24Lol 来实现无线数据传输,利用多点湿度传感器检测环境湿度的蔬菜大棚自动灌溉控制系统。系统由主站和分站组成,主站和分站可以通过无线射频模块交换实时湿度数据,并由主站处理后发送控制信号控制分站的电磁阀实现自动灌溉。关键词:农业自动化灌溉系统; AvR 单片机;无线射频技术 O引言随着我的提高,农业灌溉由以往的人工灌溉发展到现在的自动灌溉,并且在多种地形和条件下使用,效果都非常不错。但是,这种灌溉系统也有不少缺点,如不能检测当前环境的湿度,只是按照灌溉时间间隔来进行控制;遇到比较大的种植面积,布线非常复杂,电缆需要做防水保护,制作成本和维护成本都非常高。所以,考虑到农业灌溉的特殊性,本文提出了一种新型的自动灌溉系统,适用于多种农业种植环境,以蔬菜大棚自动灌溉系统为例,从硬件和软件设计方面分析:首先,布线方面不采用传统的线路铺设,而采用无线射频模块传输数据和接收数据,具有较大的灵活性,并节约成本;其次,通过利用高性能 AVR 单片机具有的 sPI 方式,来控制发送和接收无线传输模块传输的数据, 并可靠地控制电磁阀动作,利用单片机控制具有较强的实时性,并且可以移植到各种实时操作系统中实现;最后,蔬菜大棚室外降雨等因素可以忽略,使程序更加稳定,并能有效的节约维护成本。 1系统硬件设计本系统由主站和分站组成点对多点的无线数据传输网络,其中 1个主站,多个分站,本设计中以 3个分站为例,每个分站上其他电路由一个湿度传感器、电磁阀驱动电路和电磁阀构成。主站与分站之间距离理论不超过 lkm,实际 50m 即可。主站和分站的核心都是利用 AVR 单片机控制操作,主站单片机:主要接收湿度数据并处理,然后发送数据到相应分站,分站的单片机接收到数据后响应主站命令, 从而控制电磁阀动作。 单片机本设计中采用 ATMEL 公司 8位单片机 。该单片枧是 ATMEL 公司 200 2 年第一季度推出的一款新型 AVR 高档单片机,ATmega8L 后面的“L”代表的是一款可以工作在低电压状态的单片机,工作电压范围在 ~5,5V,ATmega8 L 内部集成了 8kB 在系统自编程 FLAsH ,可擦写次数达到了 10000 次,具有独立的锁定为可选 Boot 代码区‘,这可以通过片上 Boot 程序实现系统内编程实现读写的同时性。片上还集成了 512 字节的 EEPROM ,擦写次数也达到了 10000 次,lkB 片内的 sRAM 可以大幅提高编程的可靠性,用户可以通过对锁定为进行编程以实现用户对程序的加密,使程序难以破解。 ATmega8L 具有丰富的硬件接口电路, 具有硬件 sPI 和IsP 接口, 是基于先进的 RIsc 结构的 8位单片机, 由130 条指令构成,大多数指令执行的时问为单个时钟周期,内部具有 32个8 位通用工作寄存器构成,AT—mega8L 单片机主要是将 32个通用寄存器和 130 条指令结合在一起,所有的通用寄存器都与 ALu( 算术逻辑单元)直接相连,实现了在一个时钟周期内执行的一条指令同时访问(读写)两个独立寄存器的操作。这种结构提高了代码效率,使得大部分指令的执行时间仅为一个时钟周期。因此, AThega8 在16MHz 的工作状态下可以达到 16MIPs 的性能,运行速度比过去基于 cIsc 结构的 5l单片机高出近 10倍。由于 AT—mega8L 是不带ⅡAG接口的,所以要对 ATmega8L 在线仿真另接一个仿真器或者采用 ATmega88 来做前期的开发。批量生产时可将程序移植到 A1hega8 ,并在程序中的寄存器名称做修改。 A1hega8 /88最小系统及下载电路如图 1所示。本电路中的电源部分是根据 nR砣4LDl 的典型电压 ,即单片机部分和无线射频模块供电也是通过 。另外,IsP 下载电路部分是提供程序下载调试用的,方便系统开发设计及日后升级用。 及接口电路 nRF24 加l是Nordic 公司的一款无线芯片,该模块特点是在 全球开放 IsM 频段免许可证使用,即该频段一般为民用通讯、遥控和数传等不需要申请许可证就可以使用的。该芯片最高工作速率达到了 2Mbps ,高效 G聆K调制, 抗干扰能力较强,适合工业控制场合,因为是免许可证的频段,所以在同一地区使用该频段的设备也相对多一些,为了避免误操作,芯片内部固有 126 个频道, 满足多点通信和跳频通信的需要,并且内置硬件的 cRC 检错和点对多点路由地