溫室智能控制器硬件設計

近年來(lái)，溫室環(huán)境控制在國內外得到了相應的研究和應用。國內現有的智能溫室系統硬件大部分從國外引進(jìn)，國外的系統是經(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。但在我國的應用中出現了一些問(wèn)題，如體積大、能耗大、溫室降溫較差、在我國使用不適應。從經(jīng)濟效益上看，因其設備投資大，運行費用高，普遍虧損。“林木種苗工廠(chǎng)化生產(chǎn)環(huán)境控制設備與自動(dòng)化控制集成應用研究示范”是我們自主開(kāi)發(fā)的智能溫室監控系統，該系統對于實(shí)現農業(yè)精細化、自動(dòng)化生產(chǎn)，提高農業(yè)生產(chǎn)的效率與農產(chǎn)品的質(zhì)量有一定的促進(jìn)作用。

　　系統硬件相關(guān)技術(shù)指標要求如下：

　?。?1） 對現場(chǎng)空氣溫度濕度，土壤基質(zhì)溫度濕度，光照強度進(jìn)行實(shí)時(shí)的數據采集、數據信號處理、數據分析。數據采集時(shí)延＜ 3min，數據精度達到10 位，根據農作物實(shí)際生長(cháng)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、自適應的控制機制，實(shí)現精確控制。

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

　?。?5） 溫度年漂移量＜ 0. 1℃ ，濕度年漂移量＜ 1% RH。

　　1 方案設計和器件選型

　　1. 1 方案設計

　　根據項目和具體的技術(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(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò )要求，并且它規定在一條單總線(xiàn)（ 2 線(xiàn)） 上支持32 個(gè)驅動(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8 倍以上的節點(diǎn)數連接到相同總線(xiàn)。由于性能優(yōu)異、結構簡(jiǎn)單、組網(wǎng)容易，多站互連時(shí)可節省信號線(xiàn)，便于高速、遠距離傳送。

　　為保證溫室控制系統可靠性，將系統設計為三級主從控制系統。以ARM 系列單片機為中間主控制器，模塊化下位的數據采集和控制單元以便于系統的擴展。上位服務(wù)器直接面向網(wǎng)絡(luò )，保存下位采集數據。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據采集與控制單元。具體結構如圖1 所示。

圖1 系統結構圖

　　1. 1.1 采集器功能

　?。?1） 及時(shí)可靠地采集溫室現場(chǎng)中溫室溫度、濕度，土壤溫度、濕度，光照強度數據。

　?。?2） 對數據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，傳遞數據。

　　1. 1.2 控制器功能

　?。?1） 識別主控制器控制指令。

　?。?2） 執行控制指令。