導(dǎo)語(yǔ)：溫室監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：為了更好地滿足農(nóng)業(yè)發(fā)展要求，設(shè)計(jì)一套基于組態(tài)軟件的智能溫室監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由主控制器、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及系統(tǒng)組態(tài)軟件構(gòu)成。筆者分別從主控制器硬件設(shè)計(jì)、傳感器選型、主程序設(shè)計(jì)、通信接口設(shè)計(jì)、組態(tài)軟件界面設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行闡述。系統(tǒng)在楊凌農(nóng)業(yè)示范園進(jìn)行了實(shí)地測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，本系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)可靠、軟件系統(tǒng)運(yùn)行情況良好，操作簡(jiǎn)單，使用方便，可滿足溫室大棚智能監(jiān)控的需求，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期功能。

關(guān)鍵詞：組態(tài)軟件；智能溫室；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能溫室是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組成部分，早在20世紀(jì)70年代，國(guó)外就開(kāi)始對(duì)智能溫室環(huán)境監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行研究，其中日本、荷蘭、以色列、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家智能溫室監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展的最快。國(guó)外智能溫室最早采用模擬式的組合儀表，采集溫室環(huán)境因子參數(shù)，并通過(guò)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行指示、記錄和控制。隨后又出現(xiàn)了分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的多因子綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。溫室產(chǎn)業(yè)在我國(guó)農(nóng)業(yè)中的比重不斷增加，加快了我國(guó)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展的速度。“組態(tài)”的概念是伴隨著集散型控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem，DCS）的出現(xiàn)，才被廣大自動(dòng)化技術(shù)人員所熟悉的。在監(jiān)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用過(guò)程中，組態(tài)軟件因?yàn)榻缑嬷庇^、便于二次開(kāi)發(fā)、使用方便而一直占據(jù)著非常重要的地位，因此，基于組態(tài)軟件設(shè)計(jì)了一套溫室監(jiān)控系統(tǒng)。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

農(nóng)作物的生長(zhǎng)受到各種不同環(huán)境因子的影響，這些環(huán)境因子對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的影響各不相同[1]。目前，科學(xué)家分析影響植物生長(zhǎng)的環(huán)境因子達(dá)52種，其中空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度是影響植物生長(zhǎng)最主要的幾種環(huán)境因子。根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與控制需求分析，確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1傳感器選型

要實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室環(huán)境因子參數(shù)的監(jiān)測(cè)，必須選擇適合系統(tǒng)的傳感器[2]。為了便于電路設(shè)計(jì)，系統(tǒng)土壤溫濕度傳感器選擇上海搜博公司生產(chǎn)的SLHT5溫濕度傳感器。該傳感器內(nèi)置SHT10器件，主要用于土壤溫濕度測(cè)量。光照度傳感器選用ROHM公司的BH1750傳感器。該傳感器是一種用于兩線式串行接口的數(shù)字型光強(qiáng)度傳感器，內(nèi)部包含一個(gè)16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，直接輸出數(shù)字信號(hào)。因此，該傳感器使用時(shí)不需再進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算，使用非常方便。二氧化碳傳感器選用MH-Z14NDIR紅外二氧化碳傳感器。該傳感器利用非色散紅外（NDIR）原理對(duì)空氣中存在的二氧化碳進(jìn)行檢測(cè)，是一款高分辨率、高靈敏度的傳感器，無(wú)氧氣依賴性，壽命長(zhǎng)，供電電壓為4～6V，提供UART、模擬電壓信號(hào)、PWM波形等多種輸出方式。該傳感器內(nèi)置溫度傳感器，可進(jìn)行溫度補(bǔ)償，具有良好的線性輸出能力。幾種傳感器外形如圖2所示。

2.2主控制器設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主控制器性能的好壞直接影響系統(tǒng)可靠性。本系統(tǒng)采用基于ARMCortex-M3內(nèi)核的STM32系列單片機(jī)[3]。系統(tǒng)選用STM32F103VE作為主控芯片，主頻72MHz，內(nèi)部含有256K字節(jié)的FLASH和64K字節(jié)的SRAM，LQFP100封裝。操作系統(tǒng)選用了μC/OS-Ⅱ嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)[4]。主控制器結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件是整個(gè)系統(tǒng)的靈魂，對(duì)于系統(tǒng)的運(yùn)行來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，各個(gè)操作都是在軟件的協(xié)調(diào)下進(jìn)行的。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括溫室控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)、通信接口驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)、上位機(jī)管理軟件的設(shè)計(jì)等。本系統(tǒng)上位機(jī)軟件因選取組態(tài)軟件，此處不再贅述。

3.1系統(tǒng)主程序

系統(tǒng)的主程序是軟件設(shè)計(jì)的核心環(huán)節(jié)，對(duì)整個(gè)程序架構(gòu)起關(guān)鍵作用。系統(tǒng)上電后，將進(jìn)行初始化，隨后進(jìn)入主程序。系統(tǒng)可以進(jìn)行模式選擇，分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式。在進(jìn)入相應(yīng)的子程序后，將逐步完成按鍵的掃描和服務(wù)、控制方式設(shè)置、環(huán)境參數(shù)采集、通信接口驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行處理控制等程序，主程序流程圖如圖4所示。

3.2CAN總線通信協(xié)議

CAN總線有其自身的特色，傳送的報(bào)文沒(méi)有目標(biāo)地址，采取全網(wǎng)廣播方式，每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)反映數(shù)據(jù)性質(zhì)的報(bào)文標(biāo)識(shí)符篩選報(bào)文，能夠?qū)崿F(xiàn)即插即用，可在線上網(wǎng)下網(wǎng)，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的安全性，滿足控制系統(tǒng)及其他較高數(shù)據(jù)要求的系統(tǒng)需求。CAN總線通信軟件設(shè)計(jì)包括CAN總線的初始化、報(bào)文發(fā)送和報(bào)文接收3個(gè)模塊[5]。本系統(tǒng)所使用的芯片因其有專門一整套為其設(shè)計(jì)的固件驅(qū)動(dòng)程序，因而大大簡(jiǎn)化了編程過(guò)程，為開(kāi)發(fā)者省去了許多時(shí)間，可以將更多的精力放在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能上。

4組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)上位機(jī)軟件選用組態(tài)王組態(tài)軟件。組態(tài)王（Kingview）是由北京亞控自動(dòng)化軟件有限公司開(kāi)發(fā)的一款具有易用性、開(kāi)放性和集成能力的通用組態(tài)軟件。使用組態(tài)王的基本流程為：設(shè)計(jì)圖形界面、構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)、建立動(dòng)畫(huà)連接、運(yùn)行和調(diào)試。上位機(jī)是系統(tǒng)與用戶直接對(duì)話的窗口。組態(tài)王提供了豐富的系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)資源。本系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)了登錄界面、溫室狀態(tài)與控制界面、參數(shù)修改界面、實(shí)時(shí)與歷史曲線界面、報(bào)警與事件界面，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)相關(guān)功能[6]。

5結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)完成設(shè)計(jì)后，配合硬件試驗(yàn)資源，在楊凌農(nóng)業(yè)示范園進(jìn)行了實(shí)地測(cè)試，系統(tǒng)測(cè)試運(yùn)行界面如圖5所示。測(cè)試結(jié)果表明，基于組態(tài)軟件的溫室智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)預(yù)期功能，操作簡(jiǎn)單、使用方便，系統(tǒng)運(yùn)行情況良好。

作者:馮春衛(wèi) 閔衛(wèi)鋒 單位:楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院

參考文獻(xiàn)

[1]肖乾虎.基于ZigBee/GPRS的作物生長(zhǎng)環(huán)境因子遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[D].?？?海南大學(xué),2014.

[2]楊少春.傳感器原理及應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2010.

[3]王丹丹,宗振海,陳慧珊,等.基于STM32的智能溫室遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2014,26（3）791-796.

[4]朱琳,郭永.基于STM32的工業(yè)通用控制器的研究和實(shí)現(xiàn)[J].化工自動(dòng)化及儀表,2012:224-227.

[5]傅仕杰,張英梅,王樂(lè).基于STM32溫室環(huán)境測(cè)控系統(tǒng)的研究[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息,2010(12).

[6]楊學(xué)坤,諸剛,胡瑤玫.基于組態(tài)王的溫室環(huán)境自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)[C]//全國(guó)經(jīng)濟(jì)管理院校工業(yè)技術(shù)學(xué)研究會(huì).2012:189-192.