智能大棚

张衍波

本文介绍了智能农业大棚的控制系统，系统以MSP430单片机为核心，通过温度、湿度、亮度传感器对农业大棚的数据进行实时采集，在热循环子系统、采光子系统、喷淋子系统、风扇等进行协调工作下，以满足大棚内农作物生长的实际需要。系统通过LCD实时显示控制参数，有利于我们进行在线实时控制，用户界面友好，操作便捷，具有较强的实用性和推广价值。
关键词：MSP430 传感器 数据采集 实时控制
设计目标：该大棚模型中有自动控制和手动控制两种方式。通过键盘进入相应的控制状态。自动控制时，系统将通过传感器系统把大棚内的各个参数收                   集起来，与设定的指标进行比较，再通过MCU进行智能控制来改变大棚环境以满足实际需要；进入手动控制时，再通过键盘进行人工控制来改                 变大棚的环境以满足农作物生长的需要。
详细指标要求：（1）大棚内的温度基本保持在30～35℃。
                        （2）光强基本保持在6～12格的范围之内。
                          （3）湿度基本保持在45%～75%RH。该大棚的实际环境是适合农作物生长的。
1、方案设计
2.1系统分析
该智能大棚控制系统由16 位MCU 为主控制器，通过两套温度、湿度、光敏传感器,对大棚内外的温度、湿度、光强进行实时采集，通过A/D转换,把信号送往MCU进行处理。在CPU内部Flash存有一个小型的温室环境数据库，通过对两套传感器采集的环境参数进行分析对比，最终做出决策，系统自动发出指令，控制大棚内的热循环、采光、喷淋等子系统进行相应的动作；或者人们还可以根据LCD 上显示的信息,通过键盘采取干预性的发出控制指令，从而达到控制大棚内部环境，便于农作物的生长。
2.2设计方案论证
2.2.1 总体设计方案比较与选择
大棚内外有两套传感器系统，每套分别由温度、湿度传感器和光敏电阻等组成，采集环境中的温度、湿度和光照强度。
方案一：该方案称为自动控制系统。首先通过传感器系统把大棚内的各个参数收集起来，自动与设定的指标进行比较，再通过MCU进行智能控制来改变             大棚环境以满足实际需要。
方案二：该方案称为手动控制系统。首先通过传感器系统把大棚内的各个参数收集起来，然后人们根据LCD上显示的控制信息，通过键盘进行人工控制来改变大棚的环境以满足农作物生长的需要。为了更加完善对大棚环境的控制，我们决定将这两种方案合二为一，这样即使在智能控制失效的情况下，也可以经过人工控制作辅助，从而保证该系统的正常运行。
2.2.2 主控制器的比较与选择
由于我们设计的这个智能化控制系统实时性高、数据运算量大。其中包含很
多的算法，所以要占用大量的内存，同时这些程序运行起来需要一定的时间，所
以采用普通的8位MCU一般难以在一定的时间内完成运算，并且普通的8位机中
断资源匮乏，难以满足实时系统的设计要求。所以综合内存的大小以及运算速度，
本系统采用TI 公司提供的16 位的单片机MSP430F247 为主控制器，它拥有64K
的RAM，多个中断源，所以对于程序的运行不论是在速度上还是在内存上都能够
很快的处理。这样选择不仅满足了竞赛的要求，而且能够使该设计更加完善。
2.2.3 所选TI器件依据、理由及简介
1 ）MSP430单片机：MSP430 系列单片机是一个16 位的单片机，采用了精简
指令集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式、简洁的 27 条内核指令以及大量的
模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算。这些特点保证
了可编制出高效率的源程序。
MSP430 系列单片机的中断源较多，并且可以任意嵌套，使用时灵活方便。
当系统处于省电的备用状态时，用中断请求将它唤醒只用 6us 。
对于 MSP430 系列而言，由于引进了 Flash 型程序存储器和 JTAG 技术，
不仅使开发工具变得简便，而且价格也相对低廉，并且还可以实现在线编程。
故此单片机完全可以胜任此次的设计要求。
2 ） TPS70302芯片： TPS70302是TI公司专门为DSP、ASIC和FPGA等芯片
供电而设计的LDO 线性稳压器。它提供双路独立稳压输出，且具备电压监测复位
（SVS）、手动复位、使能控制以及可编程上电顺序等功能，特别适用于DSP芯片
的供电。由于本系统主电源提供的是5V直流电，而MSP430最大工作电压是3.3V。
所以本系统利用TPS70302来给单片机供电。
3 ）TMP275温度传感器：低功耗数字输出温度传感器TMP275精确度达+/-0.5
℃。TMP275的高度精确性可使散热与电源管理更加高效,而其低功耗能够延长电
池使用寿命并最小化自加热。本系统采用两块温度传感器，来采集大棚内外的温
度值。
2、系统实现