基于ATMEG16控制的温室智能温度检测电路设计与仿真
2014-10-21 02:57刘德全
科技创新与应用 2014年31期
摘 要：文章提出了基于ATMEGA16嵌入式微控制器单片机作为上位机和美国DALLAS公司的数字温度传感器DS18B20构成温室温度采集系统，该电路统特点是温度采集精度高，电路成本低、功耗小。在实际温室推广应用中，该系统稳定性很高，能够满实现温室温度实时采集和显示。
关键词：智能温室；ATMEGA16；DS18B20
1 概述
随着科学技术的发展，现代化的农业设施越来越受重视。美国在1982～1984年开始了首次研究。随着电子信息技术的迅猛发展，以通讯技术、“3S”系统为代表的高科技设备从试验至普及也在迅速扩大，1994年美国精准农业作业面积达到41万公顷，而1998年猛增到1000多万公顷，1999年仅占全美3%的农业劳动力生产了供全国人口消费的低价食品，并出口了占美国出口总额的20%左右的农产品[1]。
欧洲各国也相继开展了精准农业的研究与实践，法国的联合收获机产量图生成及质量测定、施肥机械和电子化植保机械利用GPS 和GIS 系统进行变量作业已成为现实，并开始投入使用[2]。
日本东京农工大学农学部以附属试验场为基地，针对小规模田地，对土壤参数的空间差异性和时间差异性进行了研究，在大量实验基础上，讨论了土壤肥沃度参数（如NO32N、EC和pH）的时空变动情况，并初步确定了日本精准农业的主要发展阶段。日本政府还专门启动了“21 世纪农业机械紧急开发课题”的研究，也将精准农业的相关技术列入计划[3]。
我国也非常重视现代化农业设施的研发和应用，如北京、上海、天津、西安等发达地区都相距建了现代农业科教创新基地[4-5]。国内也有好多学者提出了多种农业信息采集的硬件设计和软件算法[6-13]。
2 电路设计
2.1 温度传感器电路
温度传感主要实现土壤温度的采集，这里选取美国DALLAS公司的数字温度传感器DS18B20，其主要特点是，首先采用单总线接口，即1-Wire接口。其次具有很强的抗干扰性，可适用于环境恶劣的现场。最后就是DS18B20供电方式灵活，可以不外接电源，具有掉电保护等功能。其内部结构图如图1所示[14-17]。DS18B20有三个功能引脚，其中DQ是双向单总线数据输入/输出引脚，GND为地信号，VDD为可选的外部电源引脚[18]。
4 结束语
电路在英国Labcenter公司的EDA平台-Proteus环境中进行原理图设计和虚拟仿真，实现了DS18B20传感的温度数据实时采集、显示功能。通过示波器观察了DS18B20的“1-Wire”总线通信协议，与理论相符合，证明电路设计是合理、成功的。
参考文献
[1]徐可英.国内外精确农业发展现状与对策[J].中国农业资源与区划，2000，21（2） ：52-54.
[2]张晓辉，李汝莘.法国的精确农业研究及应用现状[J].农机化研究，2002（1）：12-15.
[3]杨印生，吴才聪，冯传平.日本精确农业的研究现状[J].农业机械学报，2001，32（2） ：105-107 .
[4]马享优，宋治文，王建春，等.天津设施农业中病虫害预测预报专家系统应用分析[J].天津农业科学，2010（4）：117-119.
[5]阎晓军，王维瑞，梁健平，等.北京市设施农业物联网应用模式构建[J].农业工程学报，2012（4）：149-154.
[6]涂川川，朱凤武，李铁.BP神经网络PID控制器在温室温度控制中的研究[J].中国农机化，2012（2）：151-154+144.
[7]彭波，文方.CAN总线网络在温室温度检测控制系统中的应用[J].工业控制计算机，2013，26（2）：1-3.
[8]李永博，孙国祥，楼恩平，等.基于CFD模型的温度温室对指标GA优化控制[J].农业机械学报，2013，44（3）：187-191.
[9]黄霞.基于FPGA的智能温度控制系统的设计[D].武汉理工大学，2012，6.
[10]张李伟.基于Zigbee的温室温度检测系统[J].信号与系统，2012（08）：31-33.
[11]杨乐，舒建文，盛立冉.基于现场控制系统的烟叶温室温度控制模型[J].实验室研究与探索，2013，32（6）：16-17+70.
[12]张军，张侃谕.温室温度控制系统不确定性与干扰的灰色预测补偿算法[J].农业工程学报，2013，29（10）：225-233.
[13]岳云峰，李怀盛，马春光，等.单总线数字温度传感器DS18B20数据校验与纠错[J].传感技术，2002，21（7）.
[14]刘德全.Proteus 8-电子线路设计与仿真[M].北京：清华大学出版社，2014.
[15]徐爱军.单片机原理实用教程-基于Proteus虚拟仿真（第二版）[M].北京：电子工业出版社，2012.
[16]周景润，张丽娜.基于Proteus的电路及单片机系统设计与仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.
[17]赵健领，薛圆圆.51单片机开发与应用技术详解[M].北京：电子工业出版社，2010.
[18]Dallas SEMICONDUCTOR.DS18B20 Programmable Resolution 1-Wire Digital Thermometer[Z].
作者简介：刘德全（1977，2-），男，硕士，讲师，宁夏师范学院物理与信息技术学院电子科学与技术专业教研室主任，研究方向为信号与信息处理。endprint
摘 要：文章提出了基于ATMEGA16嵌入式微控制器单片机作为上位机和美国DALLAS公司的数字温度传感器DS18B20构成温室温度采集系统，该电路统特点是温度采集精度高，电路成本低、功耗小。在实际温室推广应用中，该系统稳定性很高，能够满实现温室温度实时采集和显示。
关键词：智能温室；ATMEGA16；DS18B20
1 概述
随着科学技术的发展，现代化的农业设施越来越受重视。美国在1982～1984年开始了首次研究。随着电子信息技术的迅猛发展，以通讯技术、“3S”系统为代表的高科技设备从试验至普及也在迅速扩大，1994年美国精准农业作业面积达到41万公顷，而1998年猛增到1000多万公顷，1999年仅占全美3%的农业劳动力生产了供全国人口消费的低价食品，并出口了占美国出口总额的20%左右的农产品[1]。
欧洲各国也相继开展了精准农业的研究与实践，法国的联合收获机产量图生成及质量测定、施肥机械和电子化植保机械利用GPS 和GIS 系统进行变量作业已成为现实，并开始投入使用[2]。
日本东京农工大学农学部以附属试验场为基地，针对小规模田地，对土壤参数的空间差异性和时间差异性进行了研究，在大量实验基础上，讨论了土壤肥沃度参数（如NO32N、EC和pH）的时空变动情况，并初步确定了日本精准农业的主要发展阶段。日本政府还专门启动了“21 世纪农业机械紧急开发课题”的研究，也将精准农业的相关技术列入计划[3]。
我国也非常重视现代化农业设施的研发和应用，如北京、上海、天津、西安等发达地区都相距建了现代农业科教创新基地[4-5]。国内也有好多学者提出了多种农业信息采集的硬件设计和软件算法[6-13]。
2 电路设计
2.1 温度传感器电路
温度传感主要实现土壤温度的采集，这里选取美国DALLAS公司的数字温度传感器DS18B20，其主要特点是，首先采用单总线接口，即1-Wire接口。其次具有很强的抗干扰性，可适用于环境恶劣的现场。最后就是DS18B20供电方式灵活，可以不外接电源，具有掉电保护等功能。其内部结构图如图1所示[14-17]。DS18B20有三个功能引脚，其中DQ是双向单总线数据输入/输出引脚，GND为地信号，VDD为可选的外部电源引脚[18]。
4 结束语
电路在英国Labcenter公司的EDA平台-Proteus环境中进行原理图设计和虚拟仿真，实现了DS18B20传感的温度数据实时采集、显示功能。通过示波器观察了DS18B20的“1-Wire”总线通信协议，与理论相符合，证明电路设计是合理、成功的。
参考文献
[1]徐可英.国内外精确农业发展现状与对策[J].中国农业资源与区划，2000，21（2） ：52-54.
[2]张晓辉，李汝莘.法国的精确农业研究及应用现状[J].农机化研究，2002（1）：12-15.
[3]杨印生，吴才聪，冯传平.日本精确农业的研究现状[J].农业机械学报，2001，32（2） ：105-107 .
[4]马享优，宋治文，王建春，等.天津设施农业中病虫害预测预报专家系统应用分析[J].天津农业科学，2010（4）：117-119.
[5]阎晓军，王维瑞，梁健平，等.北京市设施农业物联网应用模式构建[J].农业工程学报，2012（4）：149-154.
[6]涂川川，朱凤武，李铁.BP神经网络PID控制器在温室温度控制中的研究[J].中国农机化，2012（2）：151-154+144.
[7]彭波，文方.CAN总线网络在温室温度检测控制系统中的应用[J].工业控制计算机，2013，26（2）：1-3.
[8]李永博，孙国祥，楼恩平，等.基于CFD模型的温度温室对指标GA优化控制[J].农业机械学报，2013，44（3）：187-191.
[9]黄霞.基于FPGA的智能温度控制系统的设计[D].武汉理工大学，2012，6.
[10]张李伟.基于Zigbee的温室温度检测系统[J].信号与系统，2012（08）：31-33.
[11]杨乐，舒建文，盛立冉.基于现场控制系统的烟叶温室温度控制模型[J].实验室研究与探索，2013，32（6）：16-17+70.
[12]张军，张侃谕.温室温度控制系统不确定性与干扰的灰色预测补偿算法[J].农业工程学报，2013，29（10）：225-233.
[13]岳云峰，李怀盛，马春光，等.单总线数字温度传感器DS18B20数据校验与纠错[J].传感技术，2002，21（7）.
[14]刘德全.Proteus 8-电子线路设计与仿真[M].北京：清华大学出版社，2014.
[15]徐爱军.单片机原理实用教程-基于Proteus虚拟仿真（第二版）[M].北京：电子工业出版社，2012.
[16]周景润，张丽娜.基于Proteus的电路及单片机系统设计与仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.
[17]赵健领，薛圆圆.51单片机开发与应用技术详解[M].北京：电子工业出版社，2010.
[18]Dallas SEMICONDUCTOR.DS18B20 Programmable Resolution 1-Wire Digital Thermometer[Z].
作者简介：刘德全（1977，2-），男，硕士，讲师，宁夏师范学院物理与信息技术学院电子科学与技术专业教研室主任，研究方向为信号与信息处理。endprint
摘 要：文章提出了基于ATMEGA16嵌入式微控制器单片机作为上位机和美国DALLAS公司的数字温度传感器DS18B20构成温室温度采集系统，该电路统特点是温度采集精度高，电路成本低、功耗小。在实际温室推广应用中，该系统稳定性很高，能够满实现温室温度实时采集和显示。
关键词：智能温室；ATMEGA16；DS18B20
1 概述
随着科学技术的发展，现代化的农业设施越来越受重视。美国在1982～1984年开始了首次研究。随着电子信息技术的迅猛发展，以通讯技术、“3S”系统为代表的高科技设备从试验至普及也在迅速扩大，1994年美国精准农业作业面积达到41万公顷，而1998年猛增到1000多万公顷，1999年仅占全美3%的农业劳动力生产了供全国人口消费的低价食品，并出口了占美国出口总额的20%左右的农产品[1]。
欧洲各国也相继开展了精准农业的研究与实践，法国的联合收获机产量图生成及质量测定、施肥机械和电子化植保机械利用GPS 和GIS 系统进行变量作业已成为现实，并开始投入使用[2]。
日本东京农工大学农学部以附属试验场为基地，针对小规模田地，对土壤参数的空间差异性和时间差异性进行了研究，在大量实验基础上，讨论了土壤肥沃度参数（如NO32N、EC和pH）的时空变动情况，并初步确定了日本精准农业的主要发展阶段。日本政府还专门启动了“21 世纪农业机械紧急开发课题”的研究，也将精准农业的相关技术列入计划[3]。
我国也非常重视现代化农业设施的研发和应用，如北京、上海、天津、西安等发达地区都相距建了现代农业科教创新基地[4-5]。国内也有好多学者提出了多种农业信息采集的硬件设计和软件算法[6-13]。
2 电路设计
2.1 温度传感器电路
温度传感主要实现土壤温度的采集，这里选取美国DALLAS公司的数字温度传感器DS18B20，其主要特点是，首先采用单总线接口，即1-Wire接口。其次具有很强的抗干扰性，可适用于环境恶劣的现场。最后就是DS18B20供电方式灵活，可以不外接电源，具有掉电保护等功能。其内部结构图如图1所示[14-17]。DS18B20有三个功能引脚，其中DQ是双向单总线数据输入/输出引脚，GND为地信号，VDD为可选的外部电源引脚[18]。
4 结束语
电路在英国Labcenter公司的EDA平台-Proteus环境中进行原理图设计和虚拟仿真，实现了DS18B20传感的温度数据实时采集、显示功能。通过示波器观察了DS18B20的“1-Wire”总线通信协议，与理论相符合，证明电路设计是合理、成功的。
参考文献
[1]徐可英.国内外精确农业发展现状与对策[J].中国农业资源与区划，2000，21（2） ：52-54.
[2]张晓辉，李汝莘.法国的精确农业研究及应用现状[J].农机化研究，2002（1）：12-15.
[3]杨印生，吴才聪，冯传平.日本精确农业的研究现状[J].农业机械学报，2001，32（2） ：105-107 .
[4]马享优，宋治文，王建春，等.天津设施农业中病虫害预测预报专家系统应用分析[J].天津农业科学，2010（4）：117-119.
[5]阎晓军，王维瑞，梁健平，等.北京市设施农业物联网应用模式构建[J].农业工程学报，2012（4）：149-154.
[6]涂川川，朱凤武，李铁.BP神经网络PID控制器在温室温度控制中的研究[J].中国农机化，2012（2）：151-154+144.
[7]彭波，文方.CAN总线网络在温室温度检测控制系统中的应用[J].工业控制计算机，2013，26（2）：1-3.
[8]李永博，孙国祥，楼恩平，等.基于CFD模型的温度温室对指标GA优化控制[J].农业机械学报，2013，44（3）：187-191.
[9]黄霞.基于FPGA的智能温度控制系统的设计[D].武汉理工大学，2012，6.
[10]张李伟.基于Zigbee的温室温度检测系统[J].信号与系统，2012（08）：31-33.
[11]杨乐，舒建文，盛立冉.基于现场控制系统的烟叶温室温度控制模型[J].实验室研究与探索，2013，32（6）：16-17+70.
[12]张军，张侃谕.温室温度控制系统不确定性与干扰的灰色预测补偿算法[J].农业工程学报，2013，29（10）：225-233.
[13]岳云峰，李怀盛，马春光，等.单总线数字温度传感器DS18B20数据校验与纠错[J].传感技术，2002，21（7）.
[14]刘德全.Proteus 8-电子线路设计与仿真[M].北京：清华大学出版社，2014.
[15]徐爱军.单片机原理实用教程-基于Proteus虚拟仿真（第二版）[M].北京：电子工业出版社，2012.
[16]周景润，张丽娜.基于Proteus的电路及单片机系统设计与仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.
[17]赵健领，薛圆圆.51单片机开发与应用技术详解[M].北京：电子工业出版社，2010.
[18]Dallas SEMICONDUCTOR.DS18B20 Programmable Resolution 1-Wire Digital Thermometer[Z].
作者简介：刘德全（1977，2-），男，硕士，讲师，宁夏师范学院物理与信息技术学院电子科学与技术专业教研室主任，研究方向为信号与信息处理。endprint
