温室智能(néng)控制器硬件单片机设计方案

2021-05-23
近年来，温室环境控制在國(guó)内外得到了相应的研究和应用(yòng)。國(guó)内现有(yǒu)的智能(néng)温室系统硬件大部分(fēn)从國(guó)外引进，國(guó)外的系统是经过多(duō)年的发展和完善，在技术上是比较成熟与先进的。但在我國(guó)的应用(yòng)中出现了一些问题，如體(tǐ)积大、能(néng)耗大、温室降温较差、在我國(guó)使用(yòng)不适应。从经济效益上看，因其设备投资大，运行费用(yòng)高，普遍亏损。“林木(mù)种苗工厂化生产环境控制设备与自动化控制集成应用(yòng)研究示范”是我们自主开发的智能(néng)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(yǒu)一定的促进作用(yòng)。

　　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(lǐ)、数据分(fēn)析。数据采集时延＜ 3min，数据精度达到10 位，根据农作物(wù)实际生長(cháng)情况，温度控制精度＜ 3℃，湿度控制精度＜ 10% RH 。

　　（ 2） 建立使用(yòng)可(kě)扩展的主从控制器通信机制，准确通信距离可(kě)达1. 2km。

　　（ 3） 使用(yòng)可(kě)學(xué)习、自适应的控制机制，实现精确控制。

　　（ 4） 整套系统可(kě)以在0%—100% RH 的湿度范围内可(kě)靠使用(yòng)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

　　根据项目和具體(tǐ)的技术指标需求，下位通信选用(yòng)RS － 485 通信协议，RS － 485 是双向、半双工通信协议，符合真正多(duō)点通信网络要求，并且它规定在一条单总線(xiàn)（ 2 線(xiàn)） 上支持32 个驱动器和32 个接收器。有(yǒu)些RS－ 485 收发器可(kě)修改输入阻抗以便允许将多(duō)达8 倍以上的节点数连接到相同总線(xiàn)。由于性能(néng)优异、结构简单、组网容易，多(duō)站互连时可(kě)节省信号線(xiàn)，便于高速、遠(yuǎn)距离传送。

　　為(wèi)保证温室控制系统可(kě)靠性，将系统设计為(wèi)三级主从控制系统。以ARM 系列单片机為(wèi)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。上位服務(wù)器直接面向网络，保存下位采集数据。选用(yòng)主控器自带TCP /IP 功能(néng)与服務(wù)器通信，自带RS485 通信功能(néng)连接下位数据采集与控制单元。具體(tǐ)结构如图1 所示。

　　

　　图1 系统结构图

　　1. 1.1 采集器功能(néng)

　　（ 1） 及时可(kě)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(lǐ)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(néng)

　　（ 1） 识别主控制器控制指令。

　　（ 2） 执行控制指令。