基于ATMEG16控制的溫室智能溫度檢測電路設(shè)計與仿真

摘 要：文章提出了基于ATMEGA16嵌入式微控制器單片機(jī)作為上位機(jī)和美國DALLAS公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20構(gòu)成溫室溫度采集系統(tǒng)，該電路統(tǒng)特點(diǎn)是溫度采集精度高，電路成本低、功耗小。在實(shí)際溫室推廣應(yīng)用中，該系統(tǒng)穩(wěn)定性很高，能夠滿實(shí)現(xiàn)溫室溫度實(shí)時采集和顯示。

關(guān)鍵詞：智能溫室；ATMEGA16；DS18B20

1 概述

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)設(shè)施越來越受重視。美國在1982～1984年開始了首次研究。隨著電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，以通訊技術(shù)、“3S”系統(tǒng)為代表的高科技設(shè)備從試驗至普及也在迅速擴(kuò)大，1994年美國精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)作業(yè)面積達(dá)到41萬公頃，而1998年猛增到1000多萬公頃，1999年僅占全美3%的農(nóng)業(yè)勞動力生產(chǎn)了供全國人口消費(fèi)的低價食品，并出口了占美國出口總額的20%左右的農(nóng)產(chǎn)品[1]。

歐洲各國也相繼開展了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的研究與實(shí)踐，法國的聯(lián)合收獲機(jī)產(chǎn)量圖生成及質(zhì)量測定、施肥機(jī)械和電子化植保機(jī)械利用GPS 和GIS 系統(tǒng)進(jìn)行變量作業(yè)已成為現(xiàn)實(shí)，并開始投入使用[2]。

日本東京農(nóng)工大學(xué)農(nóng)學(xué)部以附屬試驗場為基地，針對小規(guī)模田地，對土壤參數(shù)的空間差異性和時間差異性進(jìn)行了研究，在大量實(shí)驗基礎(chǔ)上，討論了土壤肥沃度參數(shù)（如NO32N、EC和pH）的時空變動情況，并初步確定了日本精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的主要發(fā)展階段。日本政府還專門啟動了“21 世紀(jì)農(nóng)業(yè)機(jī)械緊急開發(fā)課題”的研究，也將精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的相關(guān)技術(shù)列入計劃[3]。

我國也非常重視現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)設(shè)施的研發(fā)和應(yīng)用，如北京、上海、天津、西安等發(fā)達(dá)地區(qū)都相距建了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科教創(chuàng)新基地[4-5]。國內(nèi)也有好多學(xué)者提出了多種農(nóng)業(yè)信息采集的硬件設(shè)計和軟件算法[6-13]。

2 電路設(shè)計

2.1 溫度傳感器電路

溫度傳感主要實(shí)現(xiàn)土壤溫度的采集，這里選取美國DALLAS公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20，其主要特點(diǎn)是，首先采用單總線接口，即1-Wire接口。其次具有很強(qiáng)的抗干擾性，可適用于環(huán)境惡劣的現(xiàn)場。最后就是DS18B20供電方式靈活，可以不外接電源，具有掉電保護(hù)等功能。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示[14-17]。DS18B20有三個功能引腳，其中DQ是雙向單總線數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳，GND為地信號，VDD為可選的外部電源引腳[18]。

4 結(jié)束語

電路在英國Labcenter公司的EDA平臺-Proteus環(huán)境中進(jìn)行原理圖設(shè)計和虛擬仿真，實(shí)現(xiàn)了DS18B20傳感的溫度數(shù)據(jù)實(shí)時采集、顯示功能。通過示波器觀察了DS18B20的“1-Wire”總線通信協(xié)議，與理論相符合，證明電路設(shè)計是合理、成功的。

參考文獻(xiàn)

[1]徐可英.國內(nèi)外精確農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與對策[J].中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2000，21（2） ：52-54.

[2]張曉輝，李汝莘.法國的精確農(nóng)業(yè)研究及應(yīng)用現(xiàn)狀[J].農(nóng)機(jī)化研究，2002（1）：12-15.

[3]楊印生，吳才聰，馮傳平.日本精確農(nóng)業(yè)的研究現(xiàn)狀[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2001，32（2） ：105-107 .

[4]馬享優(yōu)，宋治文，王建春，等.天津設(shè)施農(nóng)業(yè)中病蟲害預(yù)測預(yù)報專家系統(tǒng)應(yīng)用分析[J].天津農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（4）：117-119.

[5]閻曉軍，王維瑞，梁健平，等.北京市設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式構(gòu)建[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2012（4）：149-154.

[6]涂川川，朱鳳武，李鐵.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器在溫室溫度控制中的研究[J].中國農(nóng)機(jī)化，2012（2）：151-154+144.

[7]彭波，文方.CAN總線網(wǎng)絡(luò)在溫室溫度檢測控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].工業(yè)控制計算機(jī)，2013，26（2）：1-3.

[8]李永博，孫國祥，樓恩平，等.基于CFD模型的溫度溫室對指標(biāo)GA優(yōu)化控制[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2013，44（3）：187-191.

[9]黃霞.基于FPGA的智能溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計[D].武漢理工大學(xué)，2012，6.

[10]張李偉.基于Zigbee的溫室溫度檢測系統(tǒng)[J].信號與系統(tǒng)，2012（08）：31-33.

[11]楊樂，舒建文，盛立冉.基于現(xiàn)場控制系統(tǒng)的煙葉溫室溫度控制模型[J].實(shí)驗室研究與探索，2013，32（6）：16-17+70.

[12]張軍，張侃諭.溫室溫度控制系統(tǒng)不確定性與干擾的灰色預(yù)測補(bǔ)償算法[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2013，29（10）：225-233.

[13]岳云峰，李懷盛，馬春光，等.單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20數(shù)據(jù)校驗與糾錯[J].傳感技術(shù)，2002，21（7）.

[14]劉德全.Proteus 8-電子線路設(shè)計與仿真[M].北京：清華大學(xué)出版社，2014.

[15]徐愛軍.單片機(jī)原理實(shí)用教程-基于Proteus虛擬仿真（第二版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[16]周景潤，張麗娜.基于Proteus的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計與仿真[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

[17]趙健領(lǐng)，薛圓圓.51單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[18]Dallas SEMICONDUCTOR.DS18B20 Programmable Resolution 1-Wire Digital Thermometer[Z].

作者簡介：劉德全（1977，2-），男，碩士，講師，寧夏師范學(xué)院物理與信息技術(shù)學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教研室主任，研究方向為信號與信息處理。endprint

摘 要：文章提出了基于ATMEGA16嵌入式微控制器單片機(jī)作為上位機(jī)和美國DALLAS公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20構(gòu)成溫室溫度采集系統(tǒng)，該電路統(tǒng)特點(diǎn)是溫度采集精度高，電路成本低、功耗小。在實(shí)際溫室推廣應(yīng)用中，該系統(tǒng)穩(wěn)定性很高，能夠滿實(shí)現(xiàn)溫室溫度實(shí)時采集和顯示。

關(guān)鍵詞：智能溫室；ATMEGA16；DS18B20

1 概述

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)設(shè)施越來越受重視。美國在1982～1984年開始了首次研究。隨著電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，以通訊技術(shù)、“3S”系統(tǒng)為代表的高科技設(shè)備從試驗至普及也在迅速擴(kuò)大，1994年美國精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)作業(yè)面積達(dá)到41萬公頃，而1998年猛增到1000多萬公頃，1999年僅占全美3%的農(nóng)業(yè)勞動力生產(chǎn)了供全國人口消費(fèi)的低價食品，并出口了占美國出口總額的20%左右的農(nóng)產(chǎn)品[1]。

歐洲各國也相繼開展了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的研究與實(shí)踐，法國的聯(lián)合收獲機(jī)產(chǎn)量圖生成及質(zhì)量測定、施肥機(jī)械和電子化植保機(jī)械利用GPS 和GIS 系統(tǒng)進(jìn)行變量作業(yè)已成為現(xiàn)實(shí)，并開始投入使用[2]。

日本東京農(nóng)工大學(xué)農(nóng)學(xué)部以附屬試驗場為基地，針對小規(guī)模田地，對土壤參數(shù)的空間差異性和時間差異性進(jìn)行了研究，在大量實(shí)驗基礎(chǔ)上，討論了土壤肥沃度參數(shù)（如NO32N、EC和pH）的時空變動情況，并初步確定了日本精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的主要發(fā)展階段。日本政府還專門啟動了“21 世紀(jì)農(nóng)業(yè)機(jī)械緊急開發(fā)課題”的研究，也將精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的相關(guān)技術(shù)列入計劃[3]。

我國也非常重視現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)設(shè)施的研發(fā)和應(yīng)用，如北京、上海、天津、西安等發(fā)達(dá)地區(qū)都相距建了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科教創(chuàng)新基地[4-5]。國內(nèi)也有好多學(xué)者提出了多種農(nóng)業(yè)信息采集的硬件設(shè)計和軟件算法[6-13]。

2 電路設(shè)計

2.1 溫度傳感器電路

溫度傳感主要實(shí)現(xiàn)土壤溫度的采集，這里選取美國DALLAS公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20，其主要特點(diǎn)是，首先采用單總線接口，即1-Wire接口。其次具有很強(qiáng)的抗干擾性，可適用于環(huán)境惡劣的現(xiàn)場。最后就是DS18B20供電方式靈活，可以不外接電源，具有掉電保護(hù)等功能。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示[14-17]。DS18B20有三個功能引腳，其中DQ是雙向單總線數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳，GND為地信號，VDD為可選的外部電源引腳[18]。

4 結(jié)束語

電路在英國Labcenter公司的EDA平臺-Proteus環(huán)境中進(jìn)行原理圖設(shè)計和虛擬仿真，實(shí)現(xiàn)了DS18B20傳感的溫度數(shù)據(jù)實(shí)時采集、顯示功能。通過示波器觀察了DS18B20的“1-Wire”總線通信協(xié)議，與理論相符合，證明電路設(shè)計是合理、成功的。

參考文獻(xiàn)

[1]徐可英.國內(nèi)外精確農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與對策[J].中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2000，21（2） ：52-54.

[2]張曉輝，李汝莘.法國的精確農(nóng)業(yè)研究及應(yīng)用現(xiàn)狀[J].農(nóng)機(jī)化研究，2002（1）：12-15.

[3]楊印生，吳才聰，馮傳平.日本精確農(nóng)業(yè)的研究現(xiàn)狀[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2001，32（2） ：105-107 .

[4]馬享優(yōu)，宋治文，王建春，等.天津設(shè)施農(nóng)業(yè)中病蟲害預(yù)測預(yù)報專家系統(tǒng)應(yīng)用分析[J].天津農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（4）：117-119.

[5]閻曉軍，王維瑞，梁健平，等.北京市設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式構(gòu)建[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2012（4）：149-154.

[6]涂川川，朱鳳武，李鐵.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器在溫室溫度控制中的研究[J].中國農(nóng)機(jī)化，2012（2）：151-154+144.

[7]彭波，文方.CAN總線網(wǎng)絡(luò)在溫室溫度檢測控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].工業(yè)控制計算機(jī)，2013，26（2）：1-3.

[8]李永博，孫國祥，樓恩平，等.基于CFD模型的溫度溫室對指標(biāo)GA優(yōu)化控制[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2013，44（3）：187-191.

[9]黃霞.基于FPGA的智能溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計[D].武漢理工大學(xué)，2012，6.

[10]張李偉.基于Zigbee的溫室溫度檢測系統(tǒng)[J].信號與系統(tǒng)，2012（08）：31-33.

[11]楊樂，舒建文，盛立冉.基于現(xiàn)場控制系統(tǒng)的煙葉溫室溫度控制模型[J].實(shí)驗室研究與探索，2013，32（6）：16-17+70.

[12]張軍，張侃諭.溫室溫度控制系統(tǒng)不確定性與干擾的灰色預(yù)測補(bǔ)償算法[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2013，29（10）：225-233.

[13]岳云峰，李懷盛，馬春光，等.單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20數(shù)據(jù)校驗與糾錯[J].傳感技術(shù)，2002，21（7）.

[14]劉德全.Proteus 8-電子線路設(shè)計與仿真[M].北京：清華大學(xué)出版社，2014.

[15]徐愛軍.單片機(jī)原理實(shí)用教程-基于Proteus虛擬仿真（第二版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[16]周景潤，張麗娜.基于Proteus的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計與仿真[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

[17]趙健領(lǐng)，薛圓圓.51單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[18]Dallas SEMICONDUCTOR.DS18B20 Programmable Resolution 1-Wire Digital Thermometer[Z].

作者簡介：劉德全（1977，2-），男，碩士，講師，寧夏師范學(xué)院物理與信息技術(shù)學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教研室主任，研究方向為信號與信息處理。endprint

摘 要：文章提出了基于ATMEGA16嵌入式微控制器單片機(jī)作為上位機(jī)和美國DALLAS公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20構(gòu)成溫室溫度采集系統(tǒng)，該電路統(tǒng)特點(diǎn)是溫度采集精度高，電路成本低、功耗小。在實(shí)際溫室推廣應(yīng)用中，該系統(tǒng)穩(wěn)定性很高，能夠滿實(shí)現(xiàn)溫室溫度實(shí)時采集和顯示。

關(guān)鍵詞：智能溫室；ATMEGA16；DS18B20

1 概述

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)設(shè)施越來越受重視。美國在1982～1984年開始了首次研究。隨著電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，以通訊技術(shù)、“3S”系統(tǒng)為代表的高科技設(shè)備從試驗至普及也在迅速擴(kuò)大，1994年美國精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)作業(yè)面積達(dá)到41萬公頃，而1998年猛增到1000多萬公頃，1999年僅占全美3%的農(nóng)業(yè)勞動力生產(chǎn)了供全國人口消費(fèi)的低價食品，并出口了占美國出口總額的20%左右的農(nóng)產(chǎn)品[1]。

歐洲各國也相繼開展了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的研究與實(shí)踐，法國的聯(lián)合收獲機(jī)產(chǎn)量圖生成及質(zhì)量測定、施肥機(jī)械和電子化植保機(jī)械利用GPS 和GIS 系統(tǒng)進(jìn)行變量作業(yè)已成為現(xiàn)實(shí)，并開始投入使用[2]。

日本東京農(nóng)工大學(xué)農(nóng)學(xué)部以附屬試驗場為基地，針對小規(guī)模田地，對土壤參數(shù)的空間差異性和時間差異性進(jìn)行了研究，在大量實(shí)驗基礎(chǔ)上，討論了土壤肥沃度參數(shù)（如NO32N、EC和pH）的時空變動情況，并初步確定了日本精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的主要發(fā)展階段。日本政府還專門啟動了“21 世紀(jì)農(nóng)業(yè)機(jī)械緊急開發(fā)課題”的研究，也將精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的相關(guān)技術(shù)列入計劃[3]。

我國也非常重視現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)設(shè)施的研發(fā)和應(yīng)用，如北京、上海、天津、西安等發(fā)達(dá)地區(qū)都相距建了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科教創(chuàng)新基地[4-5]。國內(nèi)也有好多學(xué)者提出了多種農(nóng)業(yè)信息采集的硬件設(shè)計和軟件算法[6-13]。

2 電路設(shè)計

2.1 溫度傳感器電路

溫度傳感主要實(shí)現(xiàn)土壤溫度的采集，這里選取美國DALLAS公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20，其主要特點(diǎn)是，首先采用單總線接口，即1-Wire接口。其次具有很強(qiáng)的抗干擾性，可適用于環(huán)境惡劣的現(xiàn)場。最后就是DS18B20供電方式靈活，可以不外接電源，具有掉電保護(hù)等功能。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示[14-17]。DS18B20有三個功能引腳，其中DQ是雙向單總線數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳，GND為地信號，VDD為可選的外部電源引腳[18]。

4 結(jié)束語

電路在英國Labcenter公司的EDA平臺-Proteus環(huán)境中進(jìn)行原理圖設(shè)計和虛擬仿真，實(shí)現(xiàn)了DS18B20傳感的溫度數(shù)據(jù)實(shí)時采集、顯示功能。通過示波器觀察了DS18B20的“1-Wire”總線通信協(xié)議，與理論相符合，證明電路設(shè)計是合理、成功的。

參考文獻(xiàn)

[1]徐可英.國內(nèi)外精確農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與對策[J].中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2000，21（2） ：52-54.

[2]張曉輝，李汝莘.法國的精確農(nóng)業(yè)研究及應(yīng)用現(xiàn)狀[J].農(nóng)機(jī)化研究，2002（1）：12-15.

[3]楊印生，吳才聰，馮傳平.日本精確農(nóng)業(yè)的研究現(xiàn)狀[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2001，32（2） ：105-107 .

[4]馬享優(yōu)，宋治文，王建春，等.天津設(shè)施農(nóng)業(yè)中病蟲害預(yù)測預(yù)報專家系統(tǒng)應(yīng)用分析[J].天津農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（4）：117-119.

[5]閻曉軍，王維瑞，梁健平，等.北京市設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式構(gòu)建[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2012（4）：149-154.

[6]涂川川，朱鳳武，李鐵.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器在溫室溫度控制中的研究[J].中國農(nóng)機(jī)化，2012（2）：151-154+144.

[7]彭波，文方.CAN總線網(wǎng)絡(luò)在溫室溫度檢測控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].工業(yè)控制計算機(jī)，2013，26（2）：1-3.

[8]李永博，孫國祥，樓恩平，等.基于CFD模型的溫度溫室對指標(biāo)GA優(yōu)化控制[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2013，44（3）：187-191.

[9]黃霞.基于FPGA的智能溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計[D].武漢理工大學(xué)，2012，6.

[10]張李偉.基于Zigbee的溫室溫度檢測系統(tǒng)[J].信號與系統(tǒng)，2012（08）：31-33.

[11]楊樂，舒建文，盛立冉.基于現(xiàn)場控制系統(tǒng)的煙葉溫室溫度控制模型[J].實(shí)驗室研究與探索，2013，32（6）：16-17+70.

[12]張軍，張侃諭.溫室溫度控制系統(tǒng)不確定性與干擾的灰色預(yù)測補(bǔ)償算法[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2013，29（10）：225-233.

[13]岳云峰，李懷盛，馬春光，等.單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20數(shù)據(jù)校驗與糾錯[J].傳感技術(shù)，2002，21（7）.

[14]劉德全.Proteus 8-電子線路設(shè)計與仿真[M].北京：清華大學(xué)出版社，2014.

[15]徐愛軍.單片機(jī)原理實(shí)用教程-基于Proteus虛擬仿真（第二版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[16]周景潤，張麗娜.基于Proteus的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計與仿真[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

[17]趙健領(lǐng)，薛圓圓.51單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[18]Dallas SEMICONDUCTOR.DS18B20 Programmable Resolution 1-Wire Digital Thermometer[Z].

作者簡介：劉德全（1977，2-），男，碩士，講師，寧夏師范學(xué)院物理與信息技術(shù)學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教研室主任，研究方向為信號與信息處理。endprint