溫室智能控制器硬件設(shè)計(jì)

近年來(lái)，溫室環(huán)境控制在國(guó)內(nèi)外得到了相應(yīng)的研究和應(yīng)用。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的智能溫室系統(tǒng)硬件大部分從國(guó)外引進(jìn)，國(guó)外的系統(tǒng)是經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展和完善，在技術(shù)上是比較成熟與先進(jìn)的。但在我國(guó)的應(yīng)用中出現(xiàn)了一些問(wèn)題，如體積大、能耗大、溫室降溫較差、在我國(guó)使用不適應(yīng)。從經(jīng)濟(jì)效益上看，因其設(shè)備投資大，運(yùn)行費(fèi)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(dòng)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(duì)于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)精細(xì)化、自動(dòng)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(jìn)作用。

　　系統(tǒng)硬件相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求如下：

　?。?1） 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)空氣溫度濕度，土壤基質(zhì)溫度濕度，光照強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)信號(hào)處理、數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)采集時(shí)延＜ 3min，數(shù)據(jù)精度達(dá)到10 位，根據(jù)農(nóng)作物實(shí)際生長(zhǎng)情況，溫度控制精度＜ 3℃，濕度控制精度＜ 10% RH 。

　?。?2） 建立使用可擴(kuò)展的主從控制器通信機(jī)制，準(zhǔn)確通信距離可達(dá)1. 2km。

　?。?3） 使用可學(xué)習(xí)、自適應(yīng)的控制機(jī)制，實(shí)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(jì)和器件選型

　　1. 1 方案設(shè)計(jì)

　　根據(jù)項(xiàng)目和具體的技術(shù)指標(biāo)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(diǎn)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(gè)驅(qū)動(dòng)器和32 個(gè)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(dá)8 倍以上的節(jié)點(diǎn)數(shù)連接到相同總線。由于性能優(yōu)異、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、組網(wǎng)容易，多站互連時(shí)可節(jié)省信號(hào)線，便于高速、遠(yuǎn)距離傳送。

　　為保證溫室控制系統(tǒng)可靠性，將系統(tǒng)設(shè)計(jì)為三級(jí)主從控制系統(tǒng)。以ARM 系列單片機(jī)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(kuò)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(shí)可靠地采集溫室現(xiàn)場(chǎng)中溫室溫度、濕度，土壤溫度、濕度，光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)。

　?。?2） 對(duì)數(shù)據(jù)作初步的采集處理以及兩次完全采集存儲(chǔ)。

　?。?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(shí)別主控制器控制指令。

　　（ 2） 執(zhí)行控制指令。