传感器与自动识别技术 课件 项目四 农业大棚监测系统

项目四农业大棚监测系统传感器与传感网项目四农业大棚监测系统引导案例：现代农业，广泛应用了物联网技术，可以精准测量农场的环境参数，并根据农产品的生长特性，制定科学的生产计划，合理分配农业生产资源，节约降耗，提高产量，人工成本，构建农业生产、经营和溯源的现代化管理体系，推动农业标准化生产和工厂化生产。计算机监控农产品生产机器人巡检项目四农业大棚监测系统知识目标：了解智慧农业的基本特点；了解BasicRF协议的基本特点；理解光照传感器的特点；理解空气质量传感器的特点；理解比较器的功能。项目四农业大棚监测系统技能目标：能正确识别传感器；能正确连接线路并下载程序；能使用串口助手查看数据。合理的光照是促进植物进行光合作用的必要条件，过高或过低的光照强度都不利于植物的生长。为准确掌握农业大棚中实时的光照情况，决定安装光照传感器，并在计算机上显示采集结果。任务一光照数据采集光照传感器使用了光敏电阻及相关电路测量光线强度并输出测量结果。光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光照传感器根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：紫外光敏电阻器：用于探测紫外线。红外光敏电阻器：广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。可见光光敏电阻器：主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭等方面。光照传感器分类光照传感器原理ZIGBEE协议是一种短距离、低功耗的无线通信技术，名称来源于蜜蜂向同伴传递信息所使用的8字舞。其主要特点有：近距离，传输范围一般在10到100米之间；低功耗，使用干电池可以持续工作几个月；低速率，2.4GHz下速率为250kbps；低成本，一块芯片的价格只有十几元；高容量，可以实现65000个节点的组网；高安全，可以采用高级加密方式防止数据被非法获取。ZIGBEE技术广泛应用于智慧工业、智慧家庭、智慧医疗等场景中。ZIGBEE协议使用串口助手软件，可以实现计算机与单片机设备通过串口进行通信。本项目中，打开“串口调试助手”软件，选择对应的计算机串口，波特率选择“115200”，校验位选择“none”，数据位选择“8”，停止位选择“1”，就可以接收到ZigBee通过串口透传的数据。串口助手线路连接注意：ZigBee模块上的JP2拨码开关应当拨到左边。线路连接ADC：模数转换器，是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。可以将采集到的的电压信号转换为相应的数值。ZigBee模块上共有两个ADC接口，统一使用ADC0。连接GND实现电路闭合。在本项目资源包中，打开文件夹“程序文件”，使用SmartRFFlashProgrammer程序将“light.hex”文件下载到连接传感器的ZigBee模块中，将“collector.hex”文件下载到协调器ZigBee模块中。下载程序文件端口选择实际对应的端口，波特率选择115200，校验位选择None，数据位选择8，停止位选择1，点击打开串口，右侧窗口可以显示接收到的透传数据。两个ZigBee模块都有数据透传功能。配置串口助手打开两个串口调试助手程序，分别展示传感器模块和协调器模块的透传数据，可以看到传感器和协调器收发的协议帧完全相同，也可以解析出相同的数值。获取数据以协议帧“CC01070103017049”为例，“CC”表示CC2530，“01”表示读取传感器数据，“07”表示有效数据长度为7字节（最后一个字节为校验值，没有计算在内），“01”表示包含一个传感器数据，“03”表示光照传感器（每一个传感器由唯一的编号表示），“0170”表示光照传感器输出的电压值16进制形式，单位mV，“49”表示数据帧的前7部分的校验和。获取数据校验和计算：每个字节以两位十六进制数表示，除校验值以外所有字节相加。CC+01+07+01+03+01+70=149149舍去高位溢出值后为49。获取数据使用万用表可以测出相同的输出电压。获取数据谢谢项目四农业大棚监测系统传感器与传感网在塑料大棚中，经常会存在一些有毒有害气体，主要的原因有：各种肥料在高温和细菌作用下会分解出氨气、二氧化氮、二氧化硫等有害气体，质量差的地膜在高温下会挥发出乙烯和氯气，冬季取暖容易导致一氧化碳和二氧化碳聚集。这些有害气体会对工作人员和作物带来危害。任务二有害气体数据采集 搭建气敏传感器系统； 搭建协调器系统； 使用串口助手接收数据； 使用比较器实现数字量输出。任务要求MQ-135气敏传感器是一种半导体型气体传感器，使用氧化锡作为气敏材料，传感器导电率随着环境中污染气体浓度的升高而增大，当测量氨气、硫化物、苯系蒸汽时灵敏度特别高，也可以用于检测烟雾和其它有害气体，具有长寿命、低成本、驱动电路简单的优点。气敏传感器不同型号的气敏传感器具有不同的适用范围，如：MQ-2传感器适用于检测液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等，MQ-3传感器适用于检测酒精；MQ-9传感器适用于检测可燃气体和一氧化碳气体。气敏传感器都附有加热器，在实际应用时，加热器能使附着在控测部分上的油雾、尘埃等烧掉，同时加速气体的吸附，从而提高了器件的灵敏度和响应速度。气敏传感器对两个模拟电压信号进行比较，确定它们之间大小关系的电路称为比较器。比较器输出二进制信号0或1，也就是低电位或高电位。在气体传感器模块中，有两个比较器，其中比较器1可以比较气体传感器和可变电阻输出的电压。通过J10端口可以测量可变电阻的输出电压。当气体传感器输出电压大于可变电阻输出电压时，数字量输出端口产生高电压，电压值约3V，同时LED1亮起，反之，数字量输出端口产生低电压，电压值约0.2V，同时LED1熄灭。比较器比较器原理图使用串口助手软件，可以实现计算机与单片机设备通过串口进行通信。本项目中，打开“串口调试助手”软件，选择对应的计算机串口，波特率选择“115200”，校验位选择“none”，数据位选择“8”，停止位选择“1”，就可以接收到ZigBee通过串口透传的数据。串口助手线路连接线路连接线路连接方法与任务一完全相同。如果传感器与Zigbee安装在同一个智慧盒上，则可以不连接GND线缆。在本项目资源包中，打开文件夹“程序文件”，使用SmartRFFlashProgrammer程序将“air.hex”文件下载到传感器ZigBee模块中，将“collector.hex”文件下载到协调器ZigBee模块中。下载程序文件端口选择实际对应的端口，波特率选择115200，校验位选择None，数据位选择8，停止位选择1，点击打开串口，右侧窗口可以显示接收到的透传数据。两个ZigBee模块都有数据透传功能配置串口助手传感器和协调器收发的协议帧完全相同，也可以解析出相同的数值。获取数据调节可变电阻，使得LED2刚好熄灭。对着传感头哈气，可以导致气体传感器输出电压升高，使得LED2亮起，测量数字量输出端口的电压变化。测试比较器因为气敏传感器很难做到对单一气体的检测，所以可以使用哈气或打火机气体干扰检测结果。测试比较器谢谢项目四农业大棚监测系统传感器与传感网农业大棚智能系统要能够感知环境信息，并自动控制相关设备调节环境。在本模拟系统中，当光照过低时，要自动开启灯光补充照明，反之则自动关闭灯光节省电能；当有害气体过多时，要自动开启风扇排风，反之则自动关闭风扇。任务三农业大棚综合模拟系统 熟悉农业大棚智能系统的基本功能； 能正确连接线路，搭建综合模拟系统； 能正确测试系统。任务要求继电器是一种电控制组件，当输入电压达到规定的要求时，可以控制输出电路发生相应的连通或中断。通常应用于自动化电路用小电流去控制大电流运行的一种“开关”。继电器实训系统所使用的继电器型号为SRD-05VDC-SL-C，其中05VDC表示驱动电压为5V直流电，S表示封闭式，L表示低功耗型。在继电器模块中J2/J5连接控制系统的输出端，J8/J11连接12V供电“+”极，J9/J12连接用电设备“+”极，用电设备“-”极连接12V供电“-”极。当J2/J5没有输入信号时，J8/J11与J10/J13连通，也就是J10/J13端为常闭端；当J2/J5有输入信号时，J8/J11与J9/J12连通，也就是J9/J12端为常开端。继电器继电器原理图线路连接Zigbee模块（air）模拟量输出气体传感器ADC0Zigbee模块（light）模拟量输出光照传感器ADC0Zigbee模块（relay）继电器OUT0OUT1J2J5J9J8J12J1112V+风扇+-灯泡+-12V-Zigbee模块（collector）注意：除collector以外，其它所有模块要安装在同一个智慧盒上。在本项目资源包中，打开文件夹“程序文件”，使用SmartRFFlashProgrammer程序将“air.hex”文件下载到空气质量传感器ZigBee模块中，将“light.hex”文件下载到光照连接传感器的ZigBee模块中，将“collector.hex”文件下载到协调器ZigBee模块中。下载程序文件端口选择实际对应的端口，波特率选择115200，校验位选择None，数据位选择8，停止位选择1，点击打开串口，右侧窗口可以显示接收到的透传数据。两个ZigBee模块都有数据透传功能配置串口助手遮盖光照传感器，模拟光照不足的情景，同时使用万用表测试传感器输出电压，当输出电压超过2.5V时，灯泡亮起，表示开始补光；移除遮盖，则灯泡熄灭。注意，在实际应用过程中，应避免灯泡对光照传感器的直射干扰。测试光照使用打火机气体或哈气，模拟有害气体聚集