基于以太网的温室智能节点开发与控制策略研究

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1、上海大学硕上学位论文摘要本文将以太网引入温室控制领域，设计丌发了基于以太网的温室控制系统。其中智能节点是温室以太网的核心，其性能的好坏直接影响到温室控制的实时性、可靠性。目前，温室智能节点的设计主要是采用8／16位单片机和非实时操作系统的体系结构，但现代温室对实现其控制的智能节点提出了更高要求。本文结合温室控制的特点，分析了以太网温室控制系统对作为其核心部件的智能节点在软、硬件上的要求。在此基础上，设计了采用32位高性能微处理器和实时操作系统的智能节点方案，并分硬件和软件两个方面分别进行了实现。在硬件体系上，智能节点使用的是飞利浦公司的ARM7微

2、处理器LPC2292，以太网芯片采用了RTL8019AS，分别控制各自的硬件模块。在软件体系上，使用I．tC／OS—II作为实时操作系统，嵌入式TCP／IP协议栈作为以太网传输协议，在此基础上进行了系统的驱动程序和应用软件的开发。另一方面．温度控制是温室环境控制系统中的关键。本文从温室控制的基本原理入手，在介绍本课题温室结构组成的基础上，针对温室中最复杂的一个子系统：加热子系统，分别用机理法和测试法对其进行了建模，得出温室对象具有纯滞后、大时间常数、增益非线性和强扰动的特性；又运用现代控制理论中的状态空间方程对温室温度模型进行可控、可观性分析，得

3、出温室温度是可观、可控的结论；并以此为基础，提出了串级控制和Smith预估补偿相结合的3阶段控制方案。试验结果表明，该方案有效地消除了常规控制的稳态波动性，得到了最优的控制和节能效果。最后，作者对自己的工作进行了总结，并对硬件系统的人机交互模块、软件系统I．tC／OS—II内核的扩展和温室的热能管理提出了一些建议和设想。关键词：温室控制，以太网，嵌入式系统，ARM，RTOSV上海大学硕士学位论文ABSTRACTTheideaofEthemetiSintroducedinthisdissertation．andanEthemet-basedgree

4、nhousecontrolsystemwasdesignedanddeveloped．AsthecoreofgreenhouseEthemet，theintelligentcontrolnodedirectlyinfluencestheinstantaneityandreliabilityofgreenhousecontrolaccordingtoit’Sperformance．Currtntly,greenhouseintelligentnodedesignmainlyadopts8or16bitsmicrocontrollersandcont

5、rolledbynonreal-timeoperatingsystem(OS)，butmoderngreenhousemakeshi【gherrequirementsontheperformanceofintelligentnode，especiallyOilitsimtantaneityandreliability．Basedontheanalysisofthecharacteristicsofgreenhousecontrolandit’Srequirementsonintelligentnode’shardwareandsoftwarepe

6、rformance，anintelligentnodesettlementplanbasedonhighperformance32-bitsembeddedmicroprocessorandreal-timeOSWasdesignedinthedissertation．TheimplementprocessofdesignWasdividedintotwoparts：hardwaredesignandsoftwaredesign．Forhardwaresystem，PHLIPS’sARM7processorLPC2292wasemployedas

7、theembeddedmicroprocessorofintelligentnode，andtheEthernetchipisRTL8019AS，theymanagethehardwaremodulerepectivly．Forsoftwaresystem，I．tC／OS-11wasusedastheRTOSoftheintelligentnodeandembeddedTCP／IPprotocolstackWasusedasEthemettransmissionprotocol，thenhardwaredfiversandapplicationp

8、rogramsweredevelopedupontheseworks．Ontheotherhand，tempeturecontrolis