本發(fā)明屬于光強(qiáng)監(jiān)測(cè)
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種溫室大棚、家禽場(chǎng)等外部光強(qiáng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
背景技術(shù)：
：溫室種植中，光照強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化。為了提高產(chǎn)量，需要對(duì)光照強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，判斷何時(shí)需要遮光，何時(shí)進(jìn)行補(bǔ)光。教室照明燈或城市照明路燈如果可以根據(jù)光照強(qiáng)度的變化實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)亮暗，就可以達(dá)到節(jié)約能源的目的。傳統(tǒng)的利用人工手持式光照度計(jì)測(cè)量光照強(qiáng)度的方法，浪費(fèi)人力物力、效率低且測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度不高，相關(guān)文獻(xiàn)有：王峰萍，王佳.農(nóng)業(yè)大棚智能檢測(cè)環(huán)境系統(tǒng)[j].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012,35（14）:152-154；傳統(tǒng)的采用人工監(jiān)測(cè)和控制的光照強(qiáng)度監(jiān)控系統(tǒng)，施工成本高、不易擴(kuò)展、維護(hù)升級(jí)困難，相關(guān)文獻(xiàn)有：蒼峰翠竹.stm32f系列arm內(nèi)核32位高性能微控制器參考手冊(cè)v10_1[eb/ol]；單片機(jī)技術(shù)和傳感技術(shù)的發(fā)展使得上述問題的解決成為了可能。本文基于單片機(jī)armcortex-m3和光強(qiáng)度傳感器tsl2561設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一套光照強(qiáng)度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種基于armcortex-m3光照強(qiáng)度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括單片機(jī)模塊、光照強(qiáng)度采集模塊、液晶顯示模塊、語(yǔ)音播報(bào)模塊和超限報(bào)警模塊；單片機(jī)模塊對(duì)光照強(qiáng)度進(jìn)行運(yùn)算，控制液晶顯示器顯示信息；控制語(yǔ)音播報(bào)模塊進(jìn)行定時(shí)播報(bào)，控制繼電器模塊進(jìn)行超限報(bào)警；光照強(qiáng)度采集模塊由光敏電阻采集當(dāng)前光照強(qiáng)度，并把采集到的光照信息傳送到處理器；液晶顯示模塊顯示當(dāng)前光照強(qiáng)度曲線圖，用于設(shè)定調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度警戒值；語(yǔ)音播報(bào)模塊的功能是進(jìn)行定時(shí)語(yǔ)音播報(bào)；超限報(bào)警模塊是當(dāng)光照強(qiáng)度超過警戒值時(shí)驅(qū)動(dòng)警報(bào)器發(fā)出警報(bào)。微控制器為stm32f103zet6，系統(tǒng)的外部時(shí)鐘源來自兩處，一個(gè)由pc14、pc15端口接32.768khz的晶振構(gòu)成的rc振蕩器提供低速外部時(shí)鐘（lse），為rtc提供時(shí)鐘源；另一個(gè)由osc_in、osc_out端口接8mhz的晶振構(gòu)成的rc振蕩器提供高速外部時(shí)鐘(hse)，為i/o口提供時(shí)鐘源。微控制器模塊對(duì)光照強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算；控制液晶顯示器顯示和輸入輸出；控制語(yǔ)音播報(bào)模塊進(jìn)行定時(shí)播報(bào)；當(dāng)光照強(qiáng)度值超過警戒值時(shí)，驅(qū)動(dòng)報(bào)警模塊發(fā)出警報(bào)。光照強(qiáng)度采集電路的芯片采用tsl2561。液晶顯示模塊采用2.4寸高畫質(zhì)的tft真彩lcd。液晶顯示模塊用于顯示當(dāng)前光照強(qiáng)度曲線圖，用于設(shè)定調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度警戒值。語(yǔ)音播報(bào)模塊的主控芯片為wt5001芯片，語(yǔ)音播報(bào)模塊的功能是實(shí)時(shí)播報(bào)環(huán)境中的光照強(qiáng)度。超限報(bào)警模塊采用電磁繼電器作為警報(bào)器的開關(guān)。該模塊電路由控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)兩部分組成，當(dāng)環(huán)境中的光照強(qiáng)度超過設(shè)定的警戒值時(shí)，單片機(jī)的pc3口被賦予低電平，從而使三極管pnp導(dǎo)通，繼電器通電吸合，整個(gè)報(bào)警模塊電路接通，警報(bào)器發(fā)出警報(bào)。系統(tǒng)軟件包括光照強(qiáng)度采集模塊、mcu信息處理和控制模塊、液晶顯示模塊、語(yǔ)音播報(bào)模塊和超限報(bào)警模塊，警戒值的設(shè)定是通過液晶顯示器上的虛擬按鍵來實(shí)現(xiàn)的；系統(tǒng)軟件的工作流程為：首先由光強(qiáng)傳感器檢測(cè)外部光照強(qiáng)度，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)處理后經(jīng)液晶顯示屏顯示當(dāng)前的光照強(qiáng)度，然后判斷當(dāng)前光照強(qiáng)度是否超過設(shè)定的警戒值，若超過警戒值，警報(bào)器會(huì)發(fā)出警報(bào)，若沒超過，則語(yǔ)音播報(bào)當(dāng)前光照強(qiáng)度。本發(fā)明以微控制器stm32f103zet6作為控制核心,通過tsl2561光強(qiáng)傳感器采集光強(qiáng)，以keil5作為編譯軟件、c語(yǔ)音作為開發(fā)語(yǔ)言，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一套光照強(qiáng)度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)由光照強(qiáng)度采集、單片機(jī)處理、液晶顯示、語(yǔ)音播報(bào)和超限報(bào)警模塊組成。光照強(qiáng)度傳感器實(shí)時(shí)采集光強(qiáng)，液晶顯示器實(shí)時(shí)顯示光強(qiáng)值，并通過語(yǔ)言播報(bào)模塊進(jìn)行定時(shí)播報(bào)，當(dāng)采集到的光強(qiáng)值超過設(shè)定的警戒值時(shí)，報(bào)警模塊發(fā)出警報(bào)。本發(fā)明的有益效果是，系統(tǒng)測(cè)量準(zhǔn)確度較高，具有良好的靈敏度和穩(wěn)定性，可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷的監(jiān)測(cè)，符合溫室大棚、家禽場(chǎng)等的光照強(qiáng)度監(jiān)測(cè)的應(yīng)用要求。附圖說明圖1是實(shí)施例中的系統(tǒng)模塊框圖；圖2是實(shí)施例中的微控制器部分原理電路；圖3是實(shí)施例中的tsl2561和微控制器的硬件連接圖；圖4是實(shí)施例中的液晶顯示器模塊電路；圖5是實(shí)施例中的wt5001語(yǔ)音模塊接口；圖6是實(shí)施例中的超限報(bào)警模塊電路設(shè)計(jì)；圖7是實(shí)施例中的軟件算法流程圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施方式。本發(fā)明的系統(tǒng)模塊框圖如圖1所示，系統(tǒng)主要由單片機(jī)模塊、光照強(qiáng)度采集模塊、液晶顯示模塊、語(yǔ)音播報(bào)模塊和超限報(bào)警模塊組成。單片機(jī)模塊是整個(gè)系統(tǒng)的處理和控制核心，其功能是對(duì)光照強(qiáng)度進(jìn)行運(yùn)算，控制液晶顯示器顯示信息，控制語(yǔ)音播報(bào)模塊進(jìn)行定時(shí)播報(bào)，控制繼電器模塊進(jìn)行超限報(bào)警。光照強(qiáng)度采集模塊由光敏電阻采集當(dāng)前光照強(qiáng)度，并把采集到的光照信息傳送到處理器。液晶顯示模塊顯示當(dāng)前光照強(qiáng)度曲線圖，用于設(shè)定調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度警戒值。語(yǔ)音播報(bào)模塊的功能是進(jìn)行定時(shí)語(yǔ)音播報(bào)。超限報(bào)警模塊是當(dāng)光照強(qiáng)度超過警戒值時(shí)驅(qū)動(dòng)警報(bào)器發(fā)出警報(bào)。整個(gè)系統(tǒng)的工作原理：首先由光照強(qiáng)度傳感器檢測(cè)外部光照強(qiáng)度，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)處理后由液晶顯示器顯示當(dāng)前的光照強(qiáng)度，然后判斷當(dāng)前光照強(qiáng)度是否超過設(shè)定的警戒值，若超過警戒值，警報(bào)器會(huì)發(fā)出警報(bào)，若沒超過，則語(yǔ)音播報(bào)當(dāng)前光照強(qiáng)度。此外，還可以進(jìn)行警戒值的設(shè)定，當(dāng)液晶顯示器上的虛擬按鍵被按下時(shí)，警戒值改變。本發(fā)明的微控制器部分原理電路如圖2所示，采用stm32f103zet6作為微控制器；stm32f103zet6是基于armcortex-m3內(nèi)核的32位微控制器，為lqfp-144封裝，擁有512kb閃存存儲(chǔ)器、64k片內(nèi)ram、3個(gè)12位的adc、4個(gè)通用16位定時(shí)器、2個(gè)基本定時(shí)器和2個(gè)高級(jí)控制定時(shí)器，還包含2個(gè)i2c接口、3路spi接口、2路i2s接口、5路usart、1個(gè)sdio接口、1個(gè)usb接口、1個(gè)can接口和112個(gè)通用i/o端口，擁有可兼容sram、nor和nandflash接口的16位總線-fsmc[3]。工作頻率為72mhz，工作電壓為2.0v至3.6v。支持jtag和swd調(diào)試，與廉價(jià)的j-link配合，能夠?qū)崿F(xiàn)高速低成本的開發(fā)調(diào)試方案。系統(tǒng)的外部時(shí)鐘源來自兩處。一個(gè)由pc14、pc15端口接32.768khz的晶振構(gòu)成的rc振蕩器提供低速外部時(shí)鐘（lse），主要為rtc提供時(shí)鐘源；另一個(gè)由osc_in、osc_out端口接8mhz的晶振構(gòu)成的rc振蕩器提供高速外部時(shí)鐘(hse)，主要為i/o口提供時(shí)鐘源。mcu的vbat端口采用紐扣電池和外部電源混合供電的方式。在外部電源接通的時(shí)候，紐扣電池不供電；當(dāng)外部電源不供電時(shí)，則由電池為vbat供電。這樣就能保證vbat端口始終有電，從而保證rtc時(shí)鐘的寄存器內(nèi)容不會(huì)丟失，保證了時(shí)鐘的繼續(xù)行走。。微控制器模塊的主要功能是對(duì)光照強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算；控制液晶顯示器顯示和輸入輸出；控制語(yǔ)音播報(bào)模塊進(jìn)行定時(shí)播報(bào)；當(dāng)光照強(qiáng)度值超過警戒值時(shí)，驅(qū)動(dòng)報(bào)警模塊發(fā)出警報(bào)。圖3為tsl2561和微控制器的硬件連接圖，tsl2561是taos公司推出的一款光強(qiáng)度數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片，它將光強(qiáng)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出，光強(qiáng)度采集范圍為1～70000lx，具有高速、量程寬、可編程、可靈活配置的特點(diǎn)。芯片內(nèi)部集成了兩個(gè)光敏二極管，通道0敏感可見光和紅外線，而通道1僅對(duì)紅外線敏感。流過光敏二極管的電流經(jīng)過積分式a/d轉(zhuǎn)換器積分后，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量保存在兩路通道各自的寄存器中。芯片數(shù)字輸出符合標(biāo)準(zhǔn)的i2c總線協(xié)議，其硬件電路連接如圖3。該芯片可廣泛應(yīng)用于監(jiān)控各類顯示屏，使其能夠在多變的光照條件下，既提供最好的亮度顯示又盡可能降低電源功耗。此外，芯片還可以用于溫室光照強(qiáng)度監(jiān)控、智能路燈照明等眾多場(chǎng)合。本發(fā)明的液晶顯示器模塊電路如圖4所示，本模塊采用2.4寸高畫質(zhì)的tft真彩lcd，具有接口豐富多樣、編程方便、易于擴(kuò)展等良好性能。內(nèi)置專用驅(qū)動(dòng)和控制ic（spfd5408），并且驅(qū)動(dòng)ic自己集成顯示緩存，無需外部顯示緩存。模塊實(shí)際上就是將tft-lcd顯示器連接在pcb電路板上，并在pcb電路板上加入背光限流電阻，將顯示器不便于與開發(fā)板連接的軟pcb連接接口引出，并以dip的雙排插針（板上保留有fpc20/1.0間距的fpc座）引出模塊以便于用戶連接。該模塊接口如表1。表1模塊接口引腳說明接口引腳說明vcctft-lcd顯示板電源（推薦3.0v）vled背光燈電源d0～d78位數(shù)據(jù)總線cs片選（低電平有效）rstreset復(fù)位(低電平復(fù)位)rs控制寄存器/數(shù)據(jù)寄存器（低電平選擇控制寄存器）rw寫信號(hào)（低電平有效）rd讀信號(hào)（低電平有效）gnd接地液晶顯示模塊用于顯示當(dāng)前光照強(qiáng)度曲線圖；用于設(shè)定調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度警戒值。本發(fā)明的wt5001語(yǔ)音模塊接口如圖5所示，語(yǔ)音播報(bào)模塊選用了wt5001芯片作為主控芯片。wt5001-48l是一款otp高音質(zhì)的mp3語(yǔ)音芯片，擁有8-bitcisc，支持wav和mp3解碼；帶有豐富的外設(shè)接口；一個(gè)spi，可直接驅(qū)動(dòng)16歐姆耳機(jī)；帶實(shí)時(shí)時(shí)鐘及萬(wàn)年歷時(shí)鐘模塊功能；標(biāo)準(zhǔn)的rs232串口控制；低功耗，休眠時(shí)待機(jī)電流約80ua；控制播放響應(yīng)快速，優(yōu)于同類產(chǎn)品；適用于需要更換語(yǔ)音或者音樂文件時(shí)間較長(zhǎng)、音質(zhì)要求較高的場(chǎng)合[7]。自帶spi-flash存儲(chǔ)介質(zhì)，自帶一瓦功放；可在線下載音樂文件或者通過tf卡或u盤更換音樂文件。語(yǔ)音播報(bào)模塊的功能是實(shí)時(shí)播報(bào)環(huán)境中的光照強(qiáng)度。本發(fā)明的超限報(bào)警模塊電路如圖6所示，超限報(bào)警模塊采用電磁繼電器作為警報(bào)器的開關(guān)[8]。該模塊電路由控制系統(tǒng)（即輸入回路）和被控制系統(tǒng)（輸出回路）兩部分組成。繼電器在其中擔(dān)當(dāng)?shù)氖恰白詣?dòng)開關(guān)”的功能，通過它實(shí)現(xiàn)了用低電壓、弱電流去控制高電壓、強(qiáng)電流，其在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)電路轉(zhuǎn)換等功能。當(dāng)環(huán)境中的光照強(qiáng)度超過設(shè)定的警戒值時(shí)，單片機(jī)的pc3口被賦予低電平，從而使三極管pnp導(dǎo)通，繼電器通電吸合，整個(gè)報(bào)警模塊電路接通，警報(bào)器發(fā)出警報(bào)。本發(fā)明的軟件算法流程圖如圖7所示，系統(tǒng)基于keiluvision5工具開發(fā)，通過c語(yǔ)言進(jìn)行編程。整個(gè)系統(tǒng)軟件包括光照強(qiáng)度采集模塊、mcu信息處理和控制模塊、液晶顯示模塊、語(yǔ)音播報(bào)模塊和超限報(bào)警模塊，警戒值的設(shè)定是通過液晶顯示器上的虛擬按鍵來實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)軟件的工作流程為：首先由光強(qiáng)傳感器檢測(cè)外部光照強(qiáng)度，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)處理后經(jīng)液晶顯示屏顯示當(dāng)前的光照強(qiáng)度，然后判斷當(dāng)前光照強(qiáng)度是否超過設(shè)定的警戒值，若超過警戒值，警報(bào)器會(huì)發(fā)出警報(bào)，若沒超過，則語(yǔ)音播報(bào)當(dāng)前光照強(qiáng)度。為檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，在晴天室內(nèi)環(huán)境下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試時(shí)間為中午12點(diǎn)，測(cè)試時(shí)的警戒值設(shè)置為1000lux,測(cè)試范圍為室內(nèi)不同位置的光照強(qiáng)度，表2為測(cè)試室內(nèi)中央位置光照強(qiáng)度時(shí)系統(tǒng)各模塊電壓值及該位置的實(shí)時(shí)光強(qiáng)值。表2系統(tǒng)測(cè)試記錄名稱數(shù)值名稱數(shù)值電源電壓12.10vmcuvssa0.41v報(bào)警器電壓7.16vtftvcc2.8v揚(yáng)聲器電壓9.6mvmcuvdd2.9vmcu參考電壓+2.8vmcuvdda2.9vmcu參考電壓--0.4v實(shí)時(shí)光強(qiáng)值210lux測(cè)試結(jié)果為：室內(nèi)中央位置的實(shí)時(shí)光強(qiáng)值為210lux，角落的為25lux，當(dāng)將測(cè)試點(diǎn)移動(dòng)到北窗附近時(shí)，報(bào)警器發(fā)出警報(bào)，實(shí)時(shí)光強(qiáng)值為2008lux。為驗(yàn)證系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，我們?cè)谕粫r(shí)刻使用專用的光照強(qiáng)度測(cè)量?jī)x進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為中央位置的實(shí)時(shí)光照強(qiáng)度值為205lux，角落的為21lux，北窗附近的實(shí)時(shí)光強(qiáng)值為2002lux。經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性、可靠性和準(zhǔn)確度。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12