温室智能方案设计和器件选型资料下载

  近年来，温室环境控制在国内外得到了相应的研究和应用。国内现有的智能温室系统硬件大部分从国外引进，国外的系统是经过多年的发展和完善，在技术上是比较成熟与先进的。但在我国的应用中出现了一些问题，如体积大、能耗大、温室降温较差、在我国使用不适应。从经济效益上看，因其设备投资大，运行费用高，普遍亏损。“林木种苗工厂化生产环境控制设备与自动化控制集成应用研究示范”是我们自主开发的智能温室监控系统，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一定的促进作用。   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、数据分析。数据采集时延＜ 3min，数据精度达到10 位，根据农作物实际生长情况，温度控制精度＜ 3℃，湿度控制精度＜ 10% RH 。   （ 2） 建立使用可扩展的主从控制器通信机制，准确通信距离可达1. 2km。   （ 3） 使用可学习、自适应的控制机制，实现精确控制。   （ 4） 整套系统可以在0%—100% RH 的湿度范围内可靠使用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   根据项目和具体的技术指标需求，下位通信选用RS － 485 通信协议，RS － 485 是双向、半双工通信协议，符合真正多点通信网络要求，并且它规定在一条单总线（ 2 线） 上支持32 个驱动器和32 个接收器。有些RS－ 485 收发器可修改输入阻抗以便允许将多达8 倍以上的节点数连接到相同总线。由于性能优异、结构简单、组网容易，多站互连时可节省信号线，便于高速、远距离传送。   为保证温室控制系统可靠性，将系统设计为三级主从控制系统。以ARM 系列单片机为中间主控制器，模块化下位的数据采集和控制单元以便于系统的扩展。上位服务器直接面向网络，保存下位采集数据。选用主控器自带TCP /IP 功能与服务器通信，自带RS485 通信功能连接下位数据采集与控制单元。具体结构如图1 所示。     1. 1.1 采集器功能   （ 1） 及时可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   （ 1） 识别主控制器控制指令。   （ 2） 执行控制指令。   1. 1.3主控制器功能   （ 1） 测量数据采集和监测   通过485 串口与测量终端通信，收集测量终端监测的温室环境指标。如果终端测量到的数据超出了预设的环境参数指标，由主控制器实现监测报警，提醒观测人员注意温室环境超出指标范围。   （ 2） 测量数据存储和传送   把各终端的数据存储于主控制器的外插的SD 卡中，要求能够存储一个月以上的各终端测量数据。也可以通过以太网与任意联入局域网的PC 机通讯，将存储数据传送到PC 机上保存。   （ 3） 以太网通信   主控制器与服务器之间利用以太网通信，选择的主控制器上需要带有以太网接口，实现以太网通信，系统具备TCP /IP 协议栈，能够在TCP 和UDP 协议层上构建应用层网络通信，HTTP 网页服务器功能，TFTP、FTP 文件传输功能。   （ 4） 终端控制   主控制器控制测量终端的测量特性，设置环境参数采样间隔，参数指标阈值等。根据检测数据和控制目标及时的完成控制理论计算。向下位控制器发送控制指令。要求主控制器具备现场操控，和远程操控两种操作方式。既可以由现场操作主控制器查看终端测量数据，又可以以主控制器作为WEB 服务器，在服务器提供的网页中显示测量数据，并在网页中加入CGI 功能，用户可以通过网页实现远程控制。   1. 1.4 服务器功能   （ 1） 网络示范网站服务器，存储下位采集控制数据炼化完善专家控制系统。   （ 2） 与各主控制器的网络通信。   1. 2 传感器选型   依据技术指标需求，选取各传感器件如下所示。   （ 1） PTS － 2 环境湿度传感器   供电电压4VDC; 湿度范围0 ～ 100%; 湿度分辨率0. 1% RH; 输出范围1 ～ 4VDC; 准确度± 2% （ T ＞0℃） ; 稳定性小于1%RH/年工作电压：   （ 2） 环境、土壤温度传感器DS18B20   支持“一线总线”接口，测量温度范围为－ 55°C ～ + 125°C，在－ 10 ～ + 85°C 范围内，精度为± 0. 5°C。   DS18B20 的精度误差为± 2°C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。   适合于恶劣环境的现场温度测量，如： 环境控制、设备或过程控制、测温类产品等。   （ 3） TDR － 3 型土壤水分传感器