基于S3C6410的溫室環境監測系統的實現

劉　峰

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基于S3C6410的溫室環境監測系統的實現

劉峰

摘 要：設計了一個基于S3C6410的溫室環境監測系統。該系統實現上、下位機分布式控制。下位機通過傳感器實時采集溫室環境參數，單獨執行輸出。上位機處理下位機傳來的信息，并通過下位機輸出執行。最后給出溫室環境系統硬件和軟件部分的設計，結合通訊模塊實現環境監測和最佳控制輸出，從而達到提高農作物的產量和降低人力成本的功效。

關鍵詞：S3C6410；溫室環境監測；分布式控制

0　引言

智能溫室突破傳統農業模式，避免農作物受地區、自然環境、氣候等許多其他因素的影響，已經逐漸成為一種新的農作物種植技術，對農業發展具有重要意義。智能溫室監控系統的研究已經成為一個重要課題，對于農作物的生長環境而言，溫度、濕度等是基本因素。作為智能溫室監控系統必須能夠實現上述因素的數據采集和處理以及相應的控制，可以通過智能溫室為農作物生長提供一個適宜的生長環境。目前，國內智能溫室大部分是單因子監控，大多數控制系統基于單片機控制的，一些溫室監控系統僅限于存儲歷史數據，不能進行實時數據采集和處理。因此，筆者設計一個基于S3C6410的溫室大棚環境監測系統，該系統可以實現分布控制，下位機實時采集溫室內的溫度、濕度，同時可以控制輸出機構，也可通過網絡傳送到上位機，通過數據庫查詢，控制下位機的輸出機構，通過上、下位機可以及時合理調整大棚內的溫度、濕度等參數值，從而提供有利于農作物生長的環境。

1　系統架構

系統主要架構如圖1所示：

圖1　系統結構圖

系統由上位機、下位機和執行機構組成。下位機是以微控制器S3C6410為主控制器，通過對溫度，濕度采集數據，顯示到下位機顯示模塊，同時通過無線通訊模塊傳輸到上位機系統中。上位機可以根據采集到的數據和本機數據庫進行查詢比較，得到的信息反饋給下位機的輸出執行機構實時調整環境參數，同時系統也可以直接通過下位機調整輸出機構調節環境。用戶也可以通過智能手機查詢溫室環境參數。

2　硬件系統組成

2.1 S3C6410微處理器

S3C6410是由三星公司推出的基于 ARM11內核（ARM1176JZF-S）的用于手持、移動等終端設備的通用處理器，它包含16KB的指令數據Cache和16KB的指令數據TCM，電壓為1.1V的時候，可以運行到533MH[1]。在視頻媒體編解碼、2D/3D圖形加速、顯示處理和縮放等方面的性能優勢。并提供了LCD接口、TVout接口、攝像頭輸入接口、4路串口、1路紅外口、2路SD卡接口、1路CF卡接口、1路10/100M網口、1路USB2.0-OTG，1路USB Host，具有更高的主頻和更豐富外設，能適用于對性能和處理能力有更高要求的嵌入式系統應用場合。

2.2 數據采集電路

2.2.1 溫濕度傳感器

DHT11是一款數字信號輸出溫濕度傳感器芯片，該傳感器將溫度、濕度感測功能集成到一個芯片上，可以同時測量溫濕度。電路硬件接口設計簡單，需要采用單線制接口與控制器相連。DHT11 溫度的測量精度是 2℃，濕度的測量精度為 5.0%RH，其具有極高的可靠性和卓越的穩定性，具有超小的體積和超低的功耗，其封裝為4針單排引腳封裝，信號傳輸距離可達 20米以上[2]。溫濕度采集模塊的核心是溫濕度的采集，采用集成溫濕度傳感器 DHT11，要注意DHT11輸出的數字量是串行數據，有特定的數據格式，需要用STM32的通用I/O口來“模擬”這個串行口與DHT11進行通信。

2.2.2 執行機構

系統的執行機構包括循環風機、噴水系統、內外遮陽電機等。利用微控制器輸出高低電平，控制開關。當溫室內的溫度、濕度等各個環境參數，通過無線數據采集系統采集到微控制器并顯示出來，再由通訊模塊傳送到上位機系統，由上位機進行分析處理，得出適合該種作物的環境參數，上位機通過通訊模塊發送信息到下位機，下位機再根據上位機發出的信息發出執行命令控制執行機構。當然也可以直接通過下位機發出執行命令控制執行機構。

3　軟件設計

常用的嵌入式系統有Windows CE、Vxworks、Linux等。其中Linux是開放的源代碼，遵循GPL協議，其源代碼可以免費獲得，并且支持ARM體系結構，具有可移植性好的優點。另外更重要的是Linux具備強大的網絡支持功能，采取許多安全技術措施，系統安全性和可靠性高的優點，因此，系統采用嵌入式Linux的操作系統。該系統中完成的驅動程序主要為實現順序讀出所有傳感器的值，利用傳感器的相關ROM命令，并結合讀寫子函數和復位函數,完成驅動設計[3]，下位機執行流程圖如圖2所示：

圖2　下位機執行流程圖

上位機溫室信息管理系統軟件設計，主要完成從下位機接收溫室環境參數，同時存入系統歷史數據庫，通過查詢，比對數據，得出適合相應農作物生長環境參數，同時發送到下位機，發出執行命令。當然也可以直接通過下位機發出執行命令控制執行機構[4]。上位機軟件執行流程圖如圖3所示：

圖3　上位機流程圖

4　總結

基于 S3C6410的溫室環境監測系統，它可以實現監測多種溫室環境參數，可測量溫度、濕度等。并可以根據所測的數值通過下位機去控制執行機構輸出，調節適合農作物生長的環境。還可以通過通訊模塊將數據傳送到上位機，進行數據存儲、查詢、對比，通過上位機得到適合的科學的數據，再發送到下位機通過執行機構輸出。以此為農作物生長提供最佳的生長環境。該系統采用分布式控制結構分別控制執行機構，同時采用高性能，低成本的電子器件，價格低廉，可靠性高，精度高，也考慮到能耗，并且安裝和調試比較簡單，可替代傳統的單片機的控制系統，具有廣闊的應用價值。

參考文獻

[1] 周金金.林志.王小英.基于ARM11的海洋浮標云臺穩定控制系統[J]中國測試.2016.1(42):74-78.

[2] 韓英梅，趙建平，白慧靜.基于DHT11的無線溫濕度傳感器網絡節點的設計[J]井岡山大學學報.2010.5(31):67-70.

[3] 白復東.嵌入式 Linux驅動程序開發[J].信息技術.2009. (9):185-186.189.

[4] 白玉艷.嚴偉榆.楊自瓊.基于 S3C2440和多傳感器數據融合煙葉倉庫溫濕度監測系統的設計[J]安徽農業科學.2012 .40. (8):5010-5011, 5023.

中圖分類號：S265

文獻標志碼：A

文章編號：1007-757X(2016)07-0042-02

收稿日期：（2016.02.10）

基金項目：榆林市科技局2014年產學研項目（2014cxy-09）；陜西省科技廳2016年農業科技創新與攻關項目（2016NY-134）

作者簡介：劉 峰（1981-）， 男，陜西神木，榆林學院，信息工程學院，講師，碩士，研究方向：嵌入式開發，榆林，719000

Implementation of Greenhouse Environment Monitoring System Based on S3C6410

Liu Feng
(Information Engineering Institute Yulin University, Shanxi 719000, China)

Abstract:Design the greenhouse environment monitoring system based on S3C6410. The system implements the distributed control on the host computer and the console computer. The console computer collects the greenhouse environmental parameters in real time, and the output is executed separately. The host computer processes the data from the console computer, and then the console computer outputs and executes them. Finally, the hardware design and software design are presented in the paper for the greenhouse environment monitoring system. With the communication module for environmental monitoring and optimal control outputted, it improves crop yields and reduces the effect of labor costs.

Key words:S3C6410; Greenhouse Environment Monitoring; Distributed Control