温室智能控制器硬件单片机设计方案

2012-03-28 11:35:57来源: 互联网

近年来,温室环境控制在国内外得到了相应的研究和应用。国内现有的智能温室系统硬件大部分从国外引进,国外的系统是经过多年的发展和完善,在技术上是比较成熟与先进的。但在我国的应用中出现了一些问题,如体积大、能耗大、温室降温较差、在我国使用不适应。从经济效益上看,因其设备投资大,运行费用高,普遍亏损。“林木种苗工厂化生产环境控制设备与自动化控制集成应用研究示范”是我们自主开发的智能温室监控系统,该系统对于实现农业精细化、自动化生产,提高农业生产的效率与农产品的质量有一定的促进作用。

  系统硬件相关技术指标要求如下:

  ( 1) 对现场空气温度湿度,土壤基质温度湿度,光照强度进行实时的数据采集、数据信号处理、数据分析。数据采集时延< 3min,数据精度达到10 位,根据农作物实际生长情况,温度控制精度< 3℃,湿度控制精度< 10% RH 。

  ( 2) 建立使用可扩展的主从控制器通信机制,准确通信距离可达1. 2km。

  ( 3) 使用可学习、自适应的控制机制,实现精确控制。

  ( 4) 整套系统可以在0%—100% RH 的湿度范围内可靠使用10 年以上。

  ( 5) 温度年漂移量< 0. 1℃ ,湿度年漂移量< 1% RH。

  1 方案设计和器件选型

  1. 1 方案设计

  根据项目和具体的技术指标需求,下位通信选用RS - 485 通信协议,RS - 485 是双向、半双工通信协议,符合真正多点通信网络要求,并且它规定在一条单总线( 2 线) 上支持32 个驱动器和32 个接收器。有些RS- 485 收发器可修改输入阻抗以便允许将多达8 倍以上的节点数连接到相同总线。由于性能优异、结构简单、组网容易,多站互连时可节省信号线,便于高速、远距离传送。

  为保证温室控制系统可靠性,将系统设计为三级主从控制系统。以ARM 系列单片机为中间主控制器,模块化下位的数据采集和控制单元以便于系统的扩展。上位服务器直接面向网络,保存下位采集数据。选用主控器自带TCP /IP 功能与服务器通信,自带RS485 通信功能连接下位数据采集与控制单元。具体结构如图1 所示。

  

  图1 系统结构图

  1. 1.1 采集器功能

  ( 1) 及时可靠地采集温室现场中温室温度、湿度,土壤温度、湿度,光照强度数据。

  ( 2) 对数据作初步的采集处理以及两次完全采集存储。

  ( 3) 接受判别主控制器指令,传递数据。

  1. 1.2 控制器功能

  ( 1) 识别主控制器控制指令。

  ( 2) 执行控制指令。

1. 1.3主控制器功能

  ( 1) 测量数据采集和监测

  通过485 串口与测量终端通信,收集测量终端监测的温室环境指标。如果终端测量到的数据超出了预设的环境参数指标,由主控制器实现监测报警,提醒观测人员注意温室环境超出指标范围。

  ( 2) 测量数据存储和传送

  把各终端的数据存储于主控制器的外插的SD 卡中,要求能够存储一个月以上的各终端测量数据。也可以通过以太网与任意联入局域网的PC 机通讯,将存储数据传送到PC 机上保存。

  ( 3) 以太网通信

  主控制器与服务器之间利用以太网通信,选择的主控制器上需要带有以太网接口,实现以太网通信,系统具备TCP /IP 协议栈,能够在TCP 和UDP 协议层上构建应用层网络通信,HTTP 网页服务器功能,TFTP、FTP 文件传输功能。

  ( 4) 终端控制

  主控制器控制测量终端的测量特性,设置环境参数采样间隔,参数指标阈值等。根据检测数据和控制目标及时的完成控制理论计算。向下位控制器发送控制指令。要求主控制器具备现场操控,和远程操控两种操作方式。既可以由现场操作主控制器查看终端测量数据,又可以以主控制器作为WEB 服务器,在服务器提供的网页中显示测量数据,并在网页中加入CGI 功能,用户可以通过网页实现远程控制。

  1. 1.4 服务器功能

  ( 1) 网络示范网站服务器,存储下位采集控制数据炼化完善专家控制系统。

  ( 2) 与各主控制器的网络通信。

  1. 2 传感器选型

  依据技术指标需求,选取各传感器件如下所示。

  ( 1) PTS - 2 环境湿度传感器

  供电电压4VDC; 湿度范围0 ~ 100%; 湿度分辨率0. 1% RH; 输出范围1 ~ 4VDC; 准确度± 2% ( T >0℃) ; 稳定性小于1%RH/年工作电压:

  ( 2) 环境、土壤温度传感器DS18B20

  支持“一线总线”接口,测量温度范围为- 55°C ~ + 125°C,在- 10 ~ + 85°C 范围内,精度为± 0. 5°C。

DS18B20 的精度误差为± 2°C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大

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关键字:温室  智能控制器  硬件单片机

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/0328/article_15493.html
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