基于单片机的果园智能监控系统
日期: 2019/3/3 浏览: 2 来源: 学海网收集整理 作者: 江苏省宜兴中等专业学校 庄立群
摘要：本文基于MSP430f149单片机为果园智能监控系统核心部件，运用实时传感器检测果园的环境温度、湿度、光照数据和烟雾浓度等传送到上位机显示，并可根据监控数据响应发出报警提示火灾等事故或驱逐害鸟，该果园智能监控系统具有操作简便、灵敏度高、成本低等特点，真正实现果园智能化管理。
关键词：单片机；果园；智能监控
果园管理和与普通大棚管理最大区别在于果园的外部环境要比大棚更加复杂多变，因此有必要对果园安装智能监控系统，以实现环保、高效、智能的现代果园管理理念。现阶段，科研人员对于网络通信层面的果园智能监控系统研究较多，但对于单片机无线电子传感方面的果园智能监控研究相对较少。本文根据普通果园的监控需求，设计以低功耗单片机MSP430f149为核心的果园智能监控系统，在动态监控各种果园环境参数的同时，起到安防火灾预警、驱逐害鸟的作用。
1 系统总体结构设计及工作原理
果园智能监控系统由MSP430f149单片机、蜂鸣器报警装置、电源装置、气体传感器装置，热释电红外人体感应装置、温湿度传感器装置、串口通讯装置7部分组成，能够实现对果园环境烟雾浓度、温湿度、果园安全防护的即时监控，各传感器装置通过信号采集端口实时接收原始模拟信号，经过信号处理后在计算机监控软件上显示监测结果，同时操作人员也能够根据反馈结果设置相应的模块参数。使用HTU21D温湿度传感器感应果园的环境温度、湿度数据传输到计算机监控软件上，同时配备烟雾传感器，当发生果园林发生火灾时及时发出声音报警。计算机可视化监控平台用VB程序编写，包含各项果园实时环境数据显示和控制，让计算机监控界面更加人性化，果园智能监控系统总体结构框图见图1所示。
图1 果园智能监控系统硬件结构框图
2 果园智能监控系统硬件设计
果园智能监控系统由MSP430f149单片、供电模块、烟雾传感器、温湿度传感器、热释电红外传感器、计算机监控硬件构成。
2.1 单片机的选择
本设计采用美国德州仪器公司生产的16位低功耗MSP430F149单片机，自带60k FLASH，具有快速苏醒、超低功耗等特点，芯片内部自带大量的外围模块、2k大容量存储空间、独立于CPU的硬件乘法器、2个16位计数器、2个外部晶振、1个高精度12位模数转换器、1个内部DCO振荡器和2个异步或同步通道串行通信端口，同时支持ISP，方便在线升级、生产、调试。另外能抗电干扰确保系统正常运行，适用工业级运行环境。
2.2传感器的选择
2.2.1烟雾传感器
GTH1000烟雾传感器可感一氧化碳气体，对火灾烟雾有一定的识别功能，是一种适合于多领域范围的低成本烟雾传感器，对一氧化碳气体、烟雾粒子的灵敏度较高[1]。气体通过GTH1000烟雾传感器自动识别是否含有火灾烟雾中的气、液、固体微粒群，如果超过设定阈值则把监测的气体参数传送MSP430F149单片机P6.6端口，MSP430f149单片机接收模拟信号通过转换自动与设置参数对比，如果超出阈值则发出声音报警，并在上位机上显示。
2.2.2温湿度传感器模块
本设计选择HTU21D作为温湿度传感模块，它是一款由法国Humirel生产的高性能复合温湿度传感器。HTU21D温湿度传感器较宽的工作电压（1.5V～3.6）确保其具有超小体积、高性价比、低功耗、抗结露、高灵敏度、抗电磁干扰能力强等特点。主要包括电阻式感湿元件和测温元件，I2C接口实现HTU21D温湿度传感器系统高集成化[2]。所有HTU21D温湿度传感器的校准均在高精度湿度校验室中进行,HTU21D温湿度传感器在检测信号的工作过程中会调用OTP ROM中的校准参数。
2.3供电模块
本设计采用3.3V HT7333A稳压芯片将常用的5 V电源转换成3.3 V电源供给单片机使用。HT7333A稳压芯片通过正向低压降稳压器将5 V电源直接转换成3.3V电源。为确保输出稳态3.3 V电源，在输出端增加了1个100 uf电容，另外在MSP430F149芯片的输入引脚也放置了一个100 pf的滤波电容，以降低芯片输入引脚受到的干扰。
3 果园智能监控系统软件设计
3.1下位机软件设计
下位机设计软件由主程序、数模转化、GTH1000烟雾传感器、Max232串口通讯模块、蜂鸣器报警、HTU21D温湿度传感器等子程序模块组成。通过下位机各子程序模块才能实现MSP430F149单片机对监控信息的采集、分析、处理、响应等，同时实现与上位机之间的通信连接。软件编程采用Dev-Cpp软件进行C语言编程，Dev-Cpp软件开发环境集合了工程编辑器、仿真调试器、多页面窗口等。智能果园监控系统下位机软件流程图如图2所示。主程序开始运行时先对模数转换、端口、串口、定时器进行初始化然后启动定时器进入低功耗模式，根据设定的时间间隔主程序进入定时器中断，并采集热释电红外和烟雾模拟电压值进行模数转换，超过预定的阈值时蜂鸣器发出声音报警。
图2 果园智能监控系统下位机软件流程图
3.2 上位机监控系统软件设计
智能果园监控系统采用VB开发上位机控制平台，上位机与下位机利用RS-232通行方式执行串口初始化、确定握手协议、发送接收数据和关闭串口来实现通信。串口初始化选择通信使用的串口，并确定握手协议，启动该串口。通过握手协议调通握手信号实现计算机与单片机之间的正常数据传输。串口测控程序由上位机向下位机发出命令以控制下位机，同时需要由下位机向上位机反馈数据以使上位机了解系统的测试数据或下位机的运行状态，本监控系统利用 Spcomm 串口控件接收上位机信息并向下位机发送数据。在系统开发过程中应注意在串口空置时应及时关闭串口，释放系统空间，以实现系统其他应用快速响应。
4 结论
本文根据果园智能监控需求构建了整个软硬件系统。果园智能监控系统通过传感器实时采集果园的温湿度、烟雾、安防等环境信息，同时蜂鸣器定时发出声音来驱逐害鸟。该监控系统下位机充分利用了MSP430F149单片机的扩展功能，上位机显示果园动态环境数据，从而实现果园的智能化监控。
参考文献
[1]王清辉，温发林，施锦祥.基于单片机的果园智能监控系统[J].湖北农业科学，2016，8:64-68.
[2]张晨，施佺，付康为等.支持多平台应用的智慧农业温室大棚监控系统设计[J].江苏农业科学，2018,4:121-125.
