鱼塘水温采集

气象检测与系统集成课程设计题目基于GPRS远程通信的鱼塘水温采集和控制院系信息控制学院专业系统科学学生姓名胡祯林学号20141221452指导教师唐慧强二Ｏ一五年六月十七日基于GPRS远程无线通信的鱼塘水温采集和控制（硬件设计）胡祯林南京信息工程大学信息与控制学院江苏南京210044摘要：本设计课题是基于基于GPRS远程无线通信的单片机水温的检测与控制系统。此系统选择了DS18B20数字温度传感器，系统的整体部份是由DS18B20温度传感器、STC89C52型单片机、GPRS无线通信模块、按键模块、LCD显示模块和上位机模块等构成。通过在proteus上仿真调试后，最终要将系统在面包板上制作成功。水温检测器检测到的现场水温数据经过数值的转换由无线通信系统上传到上位机和用户手机上进行显示和数据的保存，于此同时上位机也可以通过GPRS无线通信模块对系统进行控制。整个系统的抗干扰性、灵敏性以及工作的稳定性都非常的可靠。对于终端用户来说省了很大的人力物力财力，轻松方便的就可以掌握整个鱼塘的水温水质的状况，对生产收益有了很大的提高。关键词：GPRS通信；STC89C52单片机；DS18B20水温传感器；LCD1602显示屏1绪论随着自动化科技技术的普及与发展，智能化水产养殖越发显得异常的重要与紧迫。水温、含氧量、以及浊度是水产养殖过程当中的几个重要的因素指标，因为这几个指标的正常与否关乎着整个养殖的产量与终端养殖户的经济收益。基于这些要素，智能水产养殖化的主要技术在近年来发展迅速，推广的力度也是相当深入和关键的。鱼塘水温关乎水产品的生长与生产，所以对于水温的监测极其的重要。对于鱼塘水温的监测与控制，让养殖户对于鱼塘的环境能够实时的掌控，然后做出相对应的调节工作。这样的话就可以给水产品提供适宜生长的最佳的环境，让相同比例的养殖面积，水产品的产量更上一个台阶。同时也给养殖户带来了更大的经济效益，减少了养殖户的养殖压力和养殖所需的成本，以此来实现一举双得的目的。此外，鱼塘水温控制系统设计中的关键技是对鱼塘水温因数的实时监视与控制，使水温的环境适合水产品的生长和生产[1]。1.1课题研究背景及意义走加速发展高科技渔业一工场化养殖的途径是满足市场需求和发展的必经之路。与此同时，工厂养殖的外部污染和疾病通过处理被减少到最低程度，在掌控环境参数指标，以便对水生生物的损害被减小，只要能有效地进行，尽快预防和控制疾病，可最终产生良好的健康和水产品的营养价值很高。今天集中化规模化的水产养殖是伴随着科学技术的飞速发展，而发展起来的一种新型的养殖技术。同时伴随着时代的发展，这种模式在未来将更加火爆更加智能化。现代的化的水产养殖是集机、电、化、仪、自动化、生物技术为一体，让外部环境对整个培育生产过程产生的影响，比如：水的浊度、水的温度、水的含氧量、水产品的饵料、疾病防疫等各因素全程能够实现智能化监控自动控制，为的是能够使水产品能在最合适的生长环境下快速健康的生长，从而在单位面积相同水域的情况下产量达到最大化[2]。其主要特点是:低的投入、高的产出、超短养殖周期。这种养殖方式，易于人工控制，节约土地，节约水资源，减少有效需求，生产效率高，符合食品卫生标准更多的产品。因此此养殖模式极其适合在在少地、少水、鱼品价格高、饲料丰富的地区进行宣传推广，同时更适合在融资环境好、技术先进的发达地区进行大规模的实施。随着人们生活的更加智能化，自动监控技术已起到越来越重要的作用，在我国水产养殖得到更多的关注。在水产养殖中的技术，将大力推动养殖业的健康发展。它不仅能避免了传统离线测试（主要是人工化学法）中的耗时，数据不完整等缺陷的存在，可以随着了解变化中的各种数据，以及自动控制环境参数，使水产养殖管理，实现了“新的水平”。自动监控系统能够给养殖人员提供准确的现场数据，让人民对水产养殖的新方法能有进一步的认识过程，从而来简化繁殖过程，使水产养殖成本降低，为了提高养殖户的效率，为智能水产养殖的科学发展奠定了基础。因此，一个适用于渔业水质自动监测系统的工业化生产的发展具有十分重要的现实意义。本课题的设计理念是想利用单片机技术、检测技术以及监控技术，设计出一套成本低，养殖环境监控精度高的系统[3]。运用智能化水产养殖环境监控来使水产养殖的传统技术向现代水产养殖技术发展，运用此方法技能降低整个生产成本又能减小劳动量，提高了生产效率增加了产业的产值，更加受益于我们的养殖户。通过实际的生产效益来宣传现代技术，一次来推动整个产业的健康稳定的向前发展与进步。1.2本文研究的主要内容本文研究的内容是温度传感器对于现场温度的数据采集，经过简单的数值转换和数据处理，由数据无线通信模块将数据传送到上位机的显示界面。养殖户会根据实时的水温状况作出相应的调整与干预。接收到的数据可以显示在显示屏幕上，养殖户可以查看显示屏幕也可以查看自己的手机短信来看现场水域的实时水温数据。在按键模块可以给系统设定定量的参数值，当水温超出或者是低于正常生产的水温数值是，单片机会使报警模块作出报警以此来提醒水产养殖人员。该系统还可以通过GPRS通信模块的实时数据传送到PC机显示和存储，主机可以通过GPRS通信模块的控制系统，如远程参数设定参数值。该整套系统最终要实现的是水产养殖的智能化以及自动化[21]。2系统的总体设计一直以来水产品的繁殖与生长主要受到来自外围环境和自身基因的影响。自身的基因影响问题，我们现在可以通过生物工程技术来对基因的再提纯和培育。外围环境的影响因素就需要我们运用现在强大的自动化监测与控制技术来削弱这种影响。今天，我们要想得到高质量的和高产量的水产品就必须从俩个方面来着手做：一是现代科学技术来培育更优基因的水产品种类，二是通过对外部环境的检测与控制，使其长期生长在水产品所需的生长环境中。水产品的生长对于水温以及氧的含量有着极其严格的要求，所以说控制了这几个重要因素的量也就相当于控制了产量和质量[5]。最简单的来说，对于同一种水产品当他处于不同的生长阶段时他所需的含氧量和水的温度是不一样的。鱼塘放养的鱼的数量的多少对于水温和氧含量的要求也是完全不一样的。一般来说鱼塘放养的水产品数量少时，那么此时需要的含氧量就比较低，与此则相反。外围环境主要会受到一些人为的或者是自然气候的干扰。这些因素都是我们补课控制的。因此，在设计人员设计自动监测产品的初期就要考虑到这些外在的干扰。只有考虑到这一点，在后期的选材与用料方面才能做到经得住这些外在干扰的稳定的产品。任何事物的生长于发展都会有一定的规律性，当然，水产品的繁殖和生长也不例外。水产品它也拥有不同的生长周期，在不同的生长周期时间里它所需要的东西也是不一样的。因此我们的控制系统要根据具体的生长周期作出相对应的调节，以此来保证水产品的正常化生长和繁殖的要求。2.1系统的整体概述整套系统主要以温度为主要的控制参数进行整个系统的设计和制作，本系统主要实现以下的功能：1.通过数字温度传感器对现场的温度实施检测与采集，然后通过简单的数值的处理与转换，经过无线通信模块把采集到的数据上传到上位机和养殖户的手机里，单片机和养殖户会根据回传回来的现场数据做出相对应的调节的工作。2.使用A/D转换器的模拟量转化成数字量，让计算机读取数据3.显示屏幕能够实时的显示来自现场的最新的水温数据，这样更直观更清晰。4.报警功能：可以实现参数超值的声光报警功能。5.可以通过GPRS通信模块将实时数据上传到上位机进行实时的显示和保存，上位机也可以通过GPRS通信模块对系统进行控制[10]。2.2系统主要部件的选择2.2.1控制系统的选择其一：AT89C51单片机与MCS-51系列单芯片是完全兼容的。同时在应用电路的设计过程时，由于AT89C51单片机不能够ISP在线编程。当电路的调试，如果程序或新功能的修改错误，我们需要在运行过程中编辑程序，很容易导致芯片损坏[6]。其二：STC89C52单片机，具有8KB的可编程闪存。STC89C52单片机有很多改善比51，和内核仍然是采用MCS51。这是与MCS-51系列单片机完全兼容。当在烧伤的电路和程序的调试可以在线完成，不需要重复芯片插头，降低了芯片的损坏。AT89C51单片机与STC89C52单片机虽然都有8051的芯片，但AT89C52比STC89C51内部资源更多更丰富。寄存器中的相应变化不大，也正是从128到512字节的存储器变化。ROM从增加4K到8K，可以容纳更多的程序[14]。在运行速度上来说，因为两者都是8051内核的，所以运算性能是相同的。也正是因为考虑到STC89C52具有更高的内存，并且具有在线编程功能，综合比较，本次课程的设计选用STC89C52作为硬件的核心。2.2.3显示屏幕的选择方案一：数字显示，根据段数七段数码管和八个数码管数码管。该驱动器可以为静态和动态驾驶可分为车程。静态显示简单的编程，高亮度显示，但占用很多I/O端口。在实际应用中，必须增加解码器驱动器，这增加了硬件设计的复杂性。动态显示电路是最广泛的，它可以节省大量的I/O，和低功耗。方案二：LCD1602液晶显示器，具有字符发生器ROM，192个字符可以显示，有64个字节的RAM自定义字符。模块结构轻巧、紧凑、电路设计简单，像素分辨率高、尺寸小。图2-1数码管和LCD1602实物图虽然LED数码管和LCD1602都能够显示温度值，但是，数码管不能够显示字符，并且硬件连接的时候也是比较麻烦；然而LCD1602不仅能够显示数字还能够显示字符，这样就能够更直观的把温度值显示出来，而且硬件连接也很简单，所以从显示的直观性和硬件电路设计的复杂性方面考虑，本次课题设计选则运用LCD1602液晶显示。2.3系统框图本文主要实现的系统是利用单片机技术、自动化控制技术、无线通信技术、数字水温传感器技术等，来设计一套能够实现现场水温数据无线传输自动检测与控制一体的系统。这个系统的主要功能是要实现水温的数据采集以及数据转发安全。相对于鱼塘水温的实时检测与控制的系统来说，可在安全的时间范围内向上位机的控制中心发送数据包。这样做有两个优点：第一个优点就是你可以实时监控现场水温的情况，第二个优点就是你可以根据发送数据的节点知道传感器的实时工作情况。如果有传感器出现了故障没有正常的进行工作，这时控制中心就会及时的通知养殖人员，以此来对现场进行相应的调节与控制。复位电路按键电路传感器电路报警电路调节电路无线传输STC89C52时钟电路显示电路图2-2系统总图3系统主要硬件模块设计系统主要有主机的控制电路、传感器电路、无线通信电路、显示与按键电路等组成。3.1单片机控制电路STC89C52本系统采用的单片机是STC89C52型单片机，这款单片机是一种新型的芯片。相对于传统的51单片机来说，它具有更快的数据处理的速度，更加强大的A/D转换的能力。同时，STC89C52单片机具有低电压，高性能的优势。此款芯片的内部还采用了数据加密技术，改进了51单片机存在的缺陷。本设计采用此款芯片，主要是因为STC89C52经得起时间的检验，性能一直来说都是很稳定的，在抗干扰方面也有很好地表现力，还有一方面是它的价格低廉，很适合我们实验和学习用。在自动化应用控制领域STC89C52单片机凭借其自身强大的功能以及灵活性而被广泛的应用。3.1.1STC89C52单片机硬件结构及特点下面是STC89C52的硬件结构图。STC89C52单片机是一种功耗很低、性能很高的CMOS8位微控制器，使用的是高密度非易失性存储技术制造。其主要工作特性是：内部具有高保密、可编程的Flash程序存储器，可进行很多次的擦写操作；包含32位或者36位可编程I/O口，6~8个中断源、3个16位定时器；端口驱动能力达20mA,具有工作模式、空闲模式、掉电模式三种工作方式；5V单片机工作电压3.4~5.5V；8K字节程序存储空间，512字节数据存储空间；工作频率0-40MHz，实际工作频率可达到48MHz；具有掉电检测和低功耗模式等；片内振荡器和时钟电路等；具有EEPROM功能；CPUFLASHRAM串口通信定时器I/O口时钟电路复位电路计数器图