多环境参数蔬菜大棚控制系统设计

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1、多环境参数蔬菜大棚控制系统设计王永帅１，王文伟１，吴永章２（１．武汉大学电子信息学院，武汉４３００７２；２．湖北省农业科学院，武汉４３００６４）摘要：为改善目前蔬菜大棚控制系统中监控参数少及较难远程控制等情况，设计了一个更加完善的系统。结果表明，该系统人机交互界面良好、操作简单方便、自动化程度较高，有利于蔬菜大棚的智能化和统一化管理，具有很好的应用前景。..关键词：蔬菜大棚；多环境参数；智能；应用前景中图分类号：ＴＰ２７３文献标识码：A：0439－８114（２０15）02－0446-03DOI:10.14088/j.ki.issn0439-8114

2、.2015.02.049目前，保温大棚技术种植蔬菜在我国已经广泛应用，尤其是在我国北方地区。但是现在还有不少种植户沿用人工值守的办法管理蔬菜大棚，或者使用的蔬菜大棚控制系统不太完善，不仅浪费了大量人力、物力，而且对大棚各项参数的监控也并不理想，并因此可能造成蔬菜的减产［１］。因此，本研究设计了一个更加完善的智能控制系统，以保证蔬菜良好的生长环境。１系统结构系统架构主要部分为上位机、下位机和传输总线（图１）。上位机放置于控制室，通过ＰＣ机进行各大棚数据的采集以及对数据的分析，并根据分析结果对大棚环境参数进行远程控制；下位机放置于各大棚内，主要包括数据

3、采集、显示和驱动等模块［２］。２系统硬件设计２．１上位机系统上位机利用ＰＣ及自带的ＲＳ－２３２标准串行接口，通过ＲＳ－２３２／４８５转换即可组成ＲＳ－４８５总线与下位机ＳＴＭ３２连接，构成一个农业综合数据监控网络［３］。ＲＳ－４８５总线最大优点在于其多点总线互相连接功能，可以连接一台主机和多台终端同时通信。本系统通讯协议用于大棚控制系统主板与ＰＣ机通讯、主板与传感器采集节点通讯。该协议适用ＲＳ-４８５通讯，并参照大棚控制原有协议和Ｍｏｄｂｕｓ协议，结合实际情况修改而来，采用主从结构，主机设备发送一个信息，从机设备返回一个相应的信息。２．２下位机系统

4、下位机系统结构见图２，其主要功能如下所示。1）控制主机。ＳＴＭ３２系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ＡＲＭＣｏｒｔｅｘ－Ｍ３内核，控制性能良好、操作简单方便，并内置３２~１２８Ｋ的闪存。主机故选择ＳＴＭ３２，主要完成对各参数信号的处理比较，并对执行驱动电路发出的指令。2）ＲＡＭ扩展。由于系统对多区域多大棚控制，数据量较大，因此外扩６２６４ＲＡＭ芯片来存放程序变量和数据。3）信号采集。大棚内设置多个温湿度、光照度和ＣＯ２等传感器，实时采集数据，并将采集到的数据信号转化为０～５Ｖ信号经ＡＤＣ０８０９转换进行处理。4）执行电路。

5、系统设计采用ＭＯＣ３０４１芯片，该芯片既有光电耦合，能进行强电与弱电隔离；同时具有触发晶闸管的功能，便于接通卷帘机、加湿器等，还有对超过预定传感器参数范围的报警功能［２］。5）显示器电路。各大棚采用ＬＥＤ显示实时温湿度、ＣＯ２浓度等传感器参数。6）串口接口电路。使用ＭＡＸ４８５串口转换芯片完成单片机和上位机的ＲＳ－４８５间通信。ＭＡＸ４８５串口转换芯片是ＲＳ－４８５通信的低功率收发器，最大传输速率可达２．５Ｍｂ／ｓ，传输距离为１．２ｋｍ，双线半双工方式［２］。３系统软件设计３．１上位机软件设计上位机软件主程序框图见图３，其主要功能模块如下所示。1）

6、参数配置模块。即后台采集配置模块，配置系统所需参数，包括大棚区域、大棚号、数据库配置、短信报警配置、通讯端口配置以及传感器参数配置。大棚区域用于划分大棚所在区域；大棚号为区域内每个大棚编号；数据库配置用于保存连接数据库所用的信息；短信报警配置用于保存报警所需的信息，如号码和发送信息的端口等；通讯端口配置用于保存与各个大棚通讯采集数据所需的端口信息；传感器参数配置则用于保存采集数据所需的传感器信息，如温湿度、光照度等。2）Ｗｅｂ程序模块。采用浏览器方式，可以远程查看大棚采集到的实时数据和历史数据，并可根据实时数据对大棚节点发送监控指令，进而控制执行电

7、路。Ｗｅｂ程序和后台采集控制程序之间采用Ｓｏｃｋｅｔ通讯方式［４］，由Ｗｅｂ发布平台远程发送控制指令给后台采集配置程序，后台采集配置程序接收到正确指令之后控制执行电路完成相应指令，并返回给Ｗｅｂ发布平台说明指令完成情况。该模块设有自动控制功能，当设定好参数范围之后启用自动控制功能，系统则与采集到的数据自动比较，若超出范围值，则发送指令［５－１１］。3）数据采集模块。为每个区域建立一个线程，区域线程循环采集本区域内所有的大棚传感器数据［３］。如果在循环采集数据时接收到Ｗｅｂ发送的控制指令，则暂停数据采集，优先处理Ｗｅｂ控制指令，处理完Ｗｅｂ控制指令后

8、继续数据采集。4）温湿度、光照度等模块。将采集到的数据保存到相应的数据库表中，并实时刷新数据，以便于Ｗｅｂ程序查看数据。３