智能溫室遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)
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智能溫室是在普通日光溫室的基礎(chǔ)上，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)、智能控制技術(shù)等發(fā)展起來的一種高效設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)。隨著智能控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無線通訊技術(shù)的廣泛應(yīng)用，智能溫室監(jiān)控研究向合理化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展[1,2]。齊文新等（2004）[3]研制了分布式智能型溫室計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，由中心計(jì)算機(jī)和單片機(jī)組成主從式結(jié)構(gòu)智能控制系統(tǒng)；周國祥等[4]應(yīng)用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了農(nóng)田水利設(shè)施等的遠(yuǎn)程監(jiān)控；左志宇等（2005）[5]將Internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到溫室環(huán)境控制系統(tǒng)中； Roblin P[6]實(shí)現(xiàn)了溫室的智能化、自動化。李建軍等[7]介紹了日光溫室番茄長季節(jié)生產(chǎn)專家系統(tǒng)的研制方法，以及開發(fā)過程。這些系統(tǒng)存在溫室控制功能單一，結(jié)構(gòu)難擴(kuò)展；價(jià)格較貴，難以推廣等缺陷，因此，研究并開發(fā)結(jié)構(gòu)合理、成本低、控制方便、適合不同用戶群，集控制、智能決策與無線網(wǎng)絡(luò)于一體的智能溫室遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
在現(xiàn)行的溫室控制系統(tǒng)中，多采用基于PLC的溫室控制系統(tǒng)、集散型控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，這些系統(tǒng)操作不便、控制精度低、成本過高，且通信方式不靈活 [2]。為有效解決上述不足，本文采用如圖1所示的上、下位機(jī)控制結(jié)構(gòu)。其突出優(yōu)點(diǎn)是能根據(jù)應(yīng)用需求選擇不同的控制方案，對大型連棟溫室可采用上、下位機(jī)結(jié)合控制方案；對小規(guī)模農(nóng)家溫室，僅需要選擇下位機(jī)系統(tǒng)單獨(dú)完成溫室控制。上、下位機(jī)采用RS-232串行通信或基于802.11b的無線通信，上位機(jī)系統(tǒng)通過Internet與遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)互連，實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境與設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
2 下位機(jī)設(shè)計(jì)
下位機(jī)位于溫室控制現(xiàn)場，由傳感器、前端控制器和控制設(shè)備組成，如圖2所示。主要實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、處理與顯示；通過RS-232接口或無線通信模塊，將監(jiān)測的環(huán)境參數(shù)傳輸?shù)缴衔籔C機(jī)，并接受上位機(jī)的控制而產(chǎn)生控制決策；具有脫機(jī)運(yùn)行功能，可在上位PC關(guān)機(jī)情況下獨(dú)立工作，用戶或者專家通過鍵盤預(yù)設(shè)環(huán)境參數(shù)及實(shí)時(shí)采集的環(huán)境參數(shù)，自主運(yùn)行下位機(jī)決策程序，通過模糊運(yùn)算產(chǎn)生智能決策，實(shí)現(xiàn)溫室模糊智能控制。
2.1 下位機(jī)硬件設(shè)計(jì)
2.1.1傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)
根據(jù)溫室作物生長特點(diǎn)和環(huán)境要求，選擇性價(jià)比較優(yōu)的傳感器，如溫度、濕度、光照、二氧化碳等類型的，設(shè)計(jì)相應(yīng)的接口電路，使傳感器采集的信息以0～10mA的電流信號形式輸出，作為前端控制器的輸入。
2.1.2前端控制器設(shè)計(jì)
前端控制器是監(jiān)控系統(tǒng)的核心，以單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)為基礎(chǔ)，外加傳感器輸入接口、控制輸出接口、鍵盤接口以及LED接口電路等組成。選用ATMEL公司的ATmel48單片機(jī)系統(tǒng)， ATmel48通用性、可擴(kuò)展性強(qiáng)、性價(jià)比高，內(nèi)部集成4K的flash ROM及8路10位AD轉(zhuǎn)換，與傳統(tǒng)8位ADC相比，具有采集精度精確，控制精度更高的特點(diǎn)。
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