Para construir un sistema inteligente de monitoreo de invernaderos basado en PLC, ¿qué sensores se deben usar para medir la temperatura, la humedad, el contenido de dióxido de carbono y la intensidad de la luz en el invernadero?

TSL230, desarrolló un instrumento rápido, no destructivo y de detección in situ para medir el contenido de humedad de las hojas de las plantas. El artículo explica el principio de funcionamiento, la composición del hardware, el diseño del software y el modelo de calibración del instrumento.

El uso de este instrumento simplifica el circuito de adquisición de señal, reduce la introducción de ruido y mejora la precisión de la adquisición de señal.

Palabras clave: convertidor de frecuencia óptico; TSL230; hojas de plantas vivas; detección de humedad

Número de clasificación chino: TH744 Código de identificación del documento: A

En agricultura En producción, es muy necesario determinar si a las plantas les falta agua

. Para obtener rápidamente información sobre el contenido de humedad de las plantas en el campo, se puede probar el contenido de humedad de las hojas de las plantas. Según las características espectrales del agua en la región del infrarrojo cercano

, se selecciona 980 nm como longitud de onda característica de la absorción de agua y 890 nm como longitud de onda de referencia para establecer un modelo de predicción. El sistema utiliza el método de transmisión para medir

la fuente de luz es proporcionada por un LED de infrarrojo cercano. A la longitud de onda de 980 nm, la absorción de luz por la clorofila y otros componentes en las hojas es muy pequeña. Para las hojas de la misma planta, la intensidad de la luz transmitida se ignora y se ve afectada por el espesor y la transmisión de la muestra.

Efectos irregulares del recorrido de la luz. Si las hojas tienen más agua, absorberán más luz, y si tienen menos agua, absorberán menos luz, por tanto, detectando antes los cambios de intensidad de la luz. y luego de colocar las hojas se puede determinar el centro de las mismas

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Contenido de humedad.

1. Diseño e implementación del hardware del sistema

El diseño general del instrumento adopta un pensamiento modular y se selecciona el microcontrolador de potencia ultrabaja MSP430 como núcleo. del sistema. Cada submódulo es una fuente de luz, detector, sensor de temperatura, pantalla LCD, control de teclado, almacenamiento de datos, comunicación en serie, etc. La parte de adquisición de señales del sistema de hardware incluye una fuente de luz, un filtro de interferencia de banda estrecha

lámina de luz, una cámara de muestra y un detector. La fuente de luz y el filtro se utilizan para generar luz monocromática con una determinada longitud de onda, que se utiliza como luz de acción para penetrar la muestra en la cámara de muestra, y la luz transmitida se convierte en la muestra portadora. Análisis de información mediante luz.

Para detectar y medir señales ópticas, el método general consiste en utilizar sensores fotoeléctricos para convertir las señales ópticas en señales eléctricas en forma de corriente o voltaje. Dado que

la señal eléctrica emitida por el sensor fotoeléctrico general es relativamente débil y transporta información de interferencia

, es necesario utilizar un amplificador operacional para amplificar la señal y diseñar un circuito de filtro para filtro

Eliminación de ruido. La señal procesada es una señal analógica y se debe utilizar un convertidor A/D (analógico

digital) para convertir la señal analógica en una señal digital antes de que el microcontrolador pueda reconocerla y procesarla. Este método tiene una estructura de circuito compleja y es fácil introducir señales de interferencia, lo que reduce la relación señal-ruido del sistema y, por lo tanto, afecta la precisión de la medición.

Este sistema utiliza el TSL230 de TI como detector. El dispositivo adopta tecnología LinCMOS avanzada y está compuesto principalmente por fotodiodos de polisilicio

y un convertidor integrado de frecuencia de corriente CMOS de un solo chip. La intensidad de la luz se convierte en

Número de artículo: 1009-2374 (2011) 01--0030-02

La frecuencia de pulso correspondiente tiene una resolución extremadamente alta y no se ve afectada por componentes periféricos. . El error no lineal es sólo del 0,2% cuando la frecuencia de salida es de 100 KHz. La conversión de frecuencia óptica de alta resolución se puede completar sin componentes externos. La Figura 1 muestra la relación correspondiente entre la iluminación y la frecuencia de salida. Las longitudes de onda de la fuente de luz del sistema de 890 nm y 980 nm están en el rango de respuesta espectral del TSL230, que es adecuado para los requisitos de medición de este sistema.

La sensibilidad y la salida de división de frecuencia del TSL230 pueden controlarse mediante el programa.

1.1 Configuración del coeficiente de división de frecuencia y sensibilidad del TSL230

La parte fotosensible del convertidor de frecuencia óptico programable TSL230 está compuesta por 10×10

tubos fotoeléctricos de silicio. Las fotocélulas convierten las señales luminosas en corrientes eléctricas cuya intensidad es directamente proporcional a la intensidad de la luz iluminada.

La esencia de cambiar la sensibilidad es cambiar el área efectiva del conjunto de tubos de luz y utilizar tecnología de iris electrónico para controlar el diámetro de luz efectivo para lograr el propósito de controlar la sensibilidad. La sensibilidad del TSL230 tiene tres niveles: 1×, 10× y 100×, que se pueden seleccionar configurando los pines de entrada S0 y S1. Cambiar la sensibilidad cambia el rango de escala completa de la frecuencia de salida.

La división de frecuencia de la frecuencia de salida del TSL230 se logra mediante un contador interno programable

que cuenta la señal básica emitida por el convertidor de corriente/frecuencia

Exitoso. El coeficiente de división de frecuencia está controlado por S2 y S3 en el extremo de salida. La señal se puede dividir por 1, 2, 10 y 100. La señal de salida es una onda cuadrada.

1.2 TSL230 y circuito de interfaz del microcontrolador

El sistema utiliza dos temporizadores de 16 bits TA y TB dentro del MSP430.

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TA consta de un temporizador de dieciséis bits y múltiples canales de comparación/captura.

TB agrega un pestillo de comparación en el módulo de comparación de captura en comparación con TA, y otros mecanismos son casi los mismos que TA.

Configuración del software del sistema TA se utiliza para capturar señales de pulso externas y TB se utiliza para cronometrar. El detector TSL230 convierte la intensidad de la luz en una onda cuadrada o salida de señal de pulso, que está conectada a la interfaz de entrada TA del MSP430. TA captura la señal de frecuencia y genera una interrupción, que se procesa en la función de interrupción. /p>

se cuenta; TB selecciona el modo de funcionamiento del temporizador, establece un tiempo determinado para cambiar los niveles alto y bajo

y controla el conteo de TA en la interrupción de TB

en una señal de frecuencia que es capturada por TA en el microcontrolador, dentro del tiempo establecido por TB, el microcontrolador Las señales capturadas son contado, y la intensidad de la luz es proporcional al valor de conteo. El circuito de interfaz entre TSL230 y el microcontrolador se muestra en la Figura 2. Entre ellos

Los puertos IO P63 y P64 se utilizan para configurar la sensibilidad de TSL230, P65 y P66

controlan la salida de división de frecuencia y P11 emite la señal de frecuencia.

2 Diseño de software

El diseño de software del sistema se divide en dos partes: controlador de software del microcontrolador y diseño de la interfaz del ordenador host. El software del microcontrolador adopta programación modular para completar la recopilación, el cálculo, la visualización y la transmisión de datos, respectivamente

. El departamento superior de software

se divide en la realización de almacenamiento, visualización gráfica

y predicción de humedad de los datos transmitidos a través del puerto serie del PC.

3 Experimento y análisis

El objeto experimental son las hojas de redbud. Este instrumento se utiliza para medir la información del espectro de las hojas

y cargar los datos de medición. una computadora. Utilice el método de secado para medir el contenido estándar de humedad de las hojas

y calcule la proporción de peso fresco del contenido de humedad de las hojas (es decir, el valor real de la humedad).

Establecer un modelo matemático entre la absorbancia y el valor real de la humedad. El conjunto de corrección y el conjunto de predicción son aleatorios. La Figura 3 es un diagrama de dispersión entre el valor de predicción de humedad y el valor de humedad real del conjunto de predicción bajo una de las condiciones aleatorias. Predicción La correlación entre los resultados y el valor de humedad real alcanzó 0,9. Dado que la parte de la fuente de luz del instrumento solo utiliza una longitud de onda característica de la humedad, la aleatoriedad de la predicción se puede mejorar agregando una fuente de luz en la longitud de onda característica de la humedad en el módulo de adquisición de señal, aumentando así. la Humedad

Estabilidad y precisión de las predicciones.

4 Conclusión

El instrumento de prueba se compone principalmente de un microcontrolador MSP430, un convertidor de frecuencia óptico

TSL230, memoria y otros circuitos. Tiene una estructura simple y estabilidad. y repetibilidad

Buen rendimiento, fácil operación, tamaño pequeño (15 cm × 8 cm × 3 cm), bajo costo

Consumo de energía ultrabajo, buena portabilidad, fácil de comercializar el instrumento

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Transformación del producto.

Referencias