溫室智能控制器硬件設(shè)計

近年來，溫室環(huán)境控制在國內(nèi)外得到了相應(yīng)的研究和應(yīng)用。國內(nèi)現(xiàn)有的智能溫室系統(tǒng)硬件大部分從國外引進，國外的系統(tǒng)是經(jīng)過多年的發(fā)展和完善，在技術(shù)上是比較成熟與先進的。但在我國的應(yīng)用中出現(xiàn)了一些問題，如體積大、能耗大、溫室降溫較差、在我國使用不適應(yīng)。從經(jīng)濟效益上看，因其設(shè)備投資大，運行費用高，普遍虧損。“林木種苗工廠化生產(chǎn)環(huán)境控制設(shè)備與自動化控制集成應(yīng)用研究示范”是我們自主開發(fā)的智能溫室監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)對于實現(xiàn)農(nóng)業(yè)精細化、自動化生產(chǎn)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率與農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量有一定的促進作用。

　　系統(tǒng)硬件相關(guān)技術(shù)指標要求如下：

　?。?1） 對現(xiàn)場空氣溫度濕度，土壤基質(zhì)溫度濕度，光照強度進行實時的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)信號處理、數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)采集時延＜ 3min，數(shù)據(jù)精度達到10 位，根據(jù)農(nóng)作物實際生長情況，溫度控制精度＜ 3℃，濕度控制精度＜ 10% RH 。

　?。?2） 建立使用可擴展的主從控制器通信機制，準確通信距離可達1. 2km。

　　（ 3） 使用可學(xué)習、自適應(yīng)的控制機制，實現(xiàn)精確控制。

　　（ 4） 整套系統(tǒng)可以在0%—100% RH 的濕度范圍內(nèi)可靠使用10 年以上。

　　（ 5） 溫度年漂移量＜ 0. 1℃ ，濕度年漂移量＜ 1% RH。

　　1 方案設(shè)計和器件選型

　　1. 1 方案設(shè)計

　　根據(jù)項目和具體的技術(shù)指標需求，下位通信選用RS － 485 通信協(xié)議，RS － 485 是雙向、半雙工通信協(xié)議，符合真正多點通信網(wǎng)絡(luò)要求，并且它規(guī)定在一條單總線（ 2 線） 上支持32 個驅(qū)動器和32 個接收器。有些RS－ 485 收發(fā)器可修改輸入阻抗以便允許將多達8 倍以上的節(jié)點數(shù)連接到相同總線。由于性能優(yōu)異、結(jié)構(gòu)簡單、組網(wǎng)容易，多站互連時可節(jié)省信號線，便于高速、遠距離傳送。

　　為保證溫室控制系統(tǒng)可靠性，將系統(tǒng)設(shè)計為三級主從控制系統(tǒng)。以ARM 系列單片機為中間主控制器，模塊化下位的數(shù)據(jù)采集和控制單元以便于系統(tǒng)的擴展。上位服務(wù)器直接面向網(wǎng)絡(luò)，保存下位采集數(shù)據(jù)。選用主控器自帶TCP /IP 功能與服務(wù)器通信，自帶RS485 通信功能連接下位數(shù)據(jù)采集與控制單元。具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　1. 1.1 采集器功能

　?。?1） 及時可靠地采集溫室現(xiàn)場中溫室溫度、濕度，土壤溫度、濕度，光照強度數(shù)據(jù)。

　　（ 2） 對數(shù)據(jù)作初步的采集處理以及兩次完全采集存儲。

　　（ 3） 接受判別主控制器指令，傳遞數(shù)據(jù)。

　　1. 1.2 控制器功能

　　（ 1） 識別主控制器控制指令。

　　（ 2） 執(zhí)行控制指令。