專利名稱：一種基于嵌入式技術(shù)的溫室多參數(shù)測(cè)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于嵌入式技術(shù)的溫室多參數(shù)測(cè)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)外溫室控制系統(tǒng)主要采用基于現(xiàn)場(chǎng)總線溫室控制系統(tǒng)，但是這種 控制模式具有一定的不足1、總線標(biāo)準(zhǔn)繁多且都有自己規(guī)定的協(xié)議格式和介質(zhì)， 相互之間互不兼容，使得變送器制造商無(wú)所適從，同時(shí)不同類型的傳感器不能 即插即用，給用戶系統(tǒng)的擴(kuò)展和維護(hù)造成不便；2、上位機(jī)普遍采用計(jì)算機(jī)，一 方面成本高，另一方面其控制軟件界面復(fù)雜、操作不便，有的甚至是英文界面， 對(duì)使用者文化要求很高，不利于在我國(guó)普通農(nóng)戶中推廣。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是針對(duì)上述不足，提供一種基于嵌入式技術(shù)的溫室多參
數(shù)測(cè)控系統(tǒng)。
基于嵌入式技術(shù)的溫室多參數(shù)測(cè)控系統(tǒng)的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為多口網(wǎng)絡(luò) 集線器分別與嵌入式溫室專用測(cè)控儀、第一網(wǎng)絡(luò)適配器、第二網(wǎng)絡(luò)適配器相接， 第一網(wǎng)絡(luò)適配器與智能傳感器相接，第二網(wǎng)絡(luò)適配器與執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)模塊相接， 嵌入式溫室專用測(cè)控儀的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為基于ARM7TDMI的32位微處理 器S3C44B0X分別與內(nèi)存HY57V64160、程序存儲(chǔ)器AM29LV160D、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 K9F2808U0B、以太網(wǎng)控制芯片RTL8019AS、 JTAG接口、 RS232收發(fā)器、LCD顯示 及觸摸屏相接，以太網(wǎng)控制芯片與網(wǎng)絡(luò)變壓器、RJ45接口插座相接，RS232收 發(fā)器與DB9插座相接。
所述的智能傳感器的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為傳感器接線柱與調(diào)理放大電路、 PIC16F873單片機(jī)、RS232收發(fā)器、DB9插座相接，PIC16F873單片機(jī)與外接存 儲(chǔ)器24LC256相接。
執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)模塊的內(nèi)部模塊的連接關(guān)系為DB9插座、RS232收發(fā)器、串口 隔離器、PIC16F877單片機(jī)、光耦P521相接，光耦分別與LED指示燈和開(kāi)關(guān)信 號(hào)輸出接線柱相接。
網(wǎng)絡(luò)適配器的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為DB9插座與RS232收發(fā)器、PIC16F877 單片機(jī)、通信控制器SX52BD、以太網(wǎng)控制器RTL8019AS、網(wǎng)絡(luò)變壓器、RJ45插 座相接，通信控制器與外接存儲(chǔ)器24LC256相接。
本實(shí)用新型根據(jù)IEEE1451. 2標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)適配器并提供標(biāo)
準(zhǔn)RS232接口，能實(shí)現(xiàn)各類型傳感器和執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)以太網(wǎng)的即插即用。 同時(shí)，用嵌入式溫室專用測(cè)控儀代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PC機(jī)，降低成本；用嵌入式圖形用 戶界面設(shè)計(jì)"傻瓜式"測(cè)控系統(tǒng)的軟件界面，并采用觸摸屏操作，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控 制和自動(dòng)控制兩種控制方法，簡(jiǎn)單實(shí)用。

圖1是基于嵌入式技術(shù)的溫室多參數(shù)測(cè)控系統(tǒng)連接框圖； 圖2是本實(shí)用新型的嵌入式溫室專用測(cè)控儀的硬件框圖3是本實(shí)用新型的智能傳感器模塊STIM硬件框圖4是本實(shí)用新型的執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)模塊硬件框圖5是本實(shí)用新型的網(wǎng)絡(luò)適配器NCAP硬件框圖6是基于嵌入式技術(shù)的溫室多參數(shù)測(cè)控系統(tǒng)的軟件流程圖。
具體實(shí)施方式
如圖l、 2所示，基于嵌入式技術(shù)的溫室多參數(shù)測(cè)控系統(tǒng)內(nèi)部模塊連接關(guān)系
為多口網(wǎng)絡(luò)集線器分別與嵌入式溫室專用測(cè)控儀、第一網(wǎng)絡(luò)適配器、第二網(wǎng) 絡(luò)適配器相接，第一網(wǎng)絡(luò)適配器與智能傳感器相接，第二網(wǎng)絡(luò)適配器與執(zhí)行器
驅(qū)動(dòng)模塊相接，嵌入式溫室專用測(cè)控儀的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為基于ARM7TDMI 的32位微處理器S3C44B0X分別與內(nèi)存HY57V64160、程序存儲(chǔ)器AM29LV160D、 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器K9F2808U0B、以太網(wǎng)控制芯片RTL8019AS、 JTAG接口、 RS232收發(fā) 器、LCD顯示及觸摸屏相接，以太網(wǎng)控制芯片與網(wǎng)絡(luò)變壓器、RJ45接口插座相 接，RS232收發(fā)器與DB9插座相接。
系統(tǒng)采用輸出+9V的變壓器為各模塊供電，用普通網(wǎng)線將嵌入式溫室專用測(cè) 控儀、智能網(wǎng)絡(luò)傳感器、網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)模塊連接至多口網(wǎng)絡(luò)集線器，通過(guò)設(shè) 定各模塊的IP地址使其組成一個(gè)局域以太網(wǎng)。嵌入式溫室專用測(cè)控儀是整個(gè)系 統(tǒng)的核心控制部分，通過(guò)以太網(wǎng)接收智能網(wǎng)絡(luò)傳感器發(fā)來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并在液 晶顯示器上顯示，同時(shí)通過(guò)以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)模塊從而操作現(xiàn)場(chǎng)各執(zhí) 行機(jī)構(gòu)。
嵌入式溫室專用測(cè)控儀采用三星公司ARM7TDMI核的32位RISC處理器芯片 S3C44B0X，并配置了 8M的內(nèi)存芯片HY57V641620, 2M程序存儲(chǔ)器AM29LV160DT 作為程序存儲(chǔ)器，16M的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器K9F2808U0B;人機(jī)界面采用臺(tái)灣清達(dá)光電 公司的6英寸、分辨率為320*240的STN型藍(lán)白液晶顯示器件HG320240A-B-CWH， 并選配了一款相同分辨率的觸摸屏代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鼠標(biāo)按鍵操作；采用RTL8019AS、 網(wǎng)絡(luò)變壓器、RJ45接口構(gòu)成以太網(wǎng)接口，通過(guò)網(wǎng)線連接網(wǎng)絡(luò)集線器實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)
智能傳感器和網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)模塊的數(shù)據(jù)通信；微處理器的一路串口使用串口
收發(fā)器MAX232構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)RS232串口；微處理器的JTAG接口用于系統(tǒng)調(diào)試和軟 件程序的下載。該嵌入式處理器及其移植的圖形用戶界面和控制軟件是整個(gè)系 統(tǒng)的核心。其中，圖形用戶界面設(shè)計(jì)采用EmGUI，設(shè)計(jì)了四個(gè)界面，包括實(shí)時(shí)顯 示、參數(shù)設(shè)定、控制方式以及系統(tǒng)幫助界面實(shí)時(shí)顯示界面用于實(shí)時(shí)顯示智能 傳感器采集到的溫室各環(huán)境參數(shù)值，以及系統(tǒng)時(shí)鐘；參數(shù)設(shè)定界面為自動(dòng)控制 方式服務(wù)，供用戶設(shè)定溫室環(huán)境自動(dòng)控制、土壤灌溉自動(dòng)控制、無(wú)土栽培營(yíng)養(yǎng) 液自動(dòng)控制三種自動(dòng)控制方式下各參數(shù)上下限值，系統(tǒng)自動(dòng)控制各相關(guān)執(zhí)行機(jī) 構(gòu)使參數(shù)維持在設(shè)定范圍內(nèi)，讓作物生長(zhǎng)在適宜環(huán)境中；控制方式界面提供手 動(dòng)以及上述三種自動(dòng)控制選擇，并提供手動(dòng)控制下開(kāi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開(kāi)關(guān)按鈕；使 用說(shuō)明界面則是系統(tǒng)的在線幫助菜單，指導(dǎo)用戶如何使用本系統(tǒng)。各子界面之 間可以互相切換，以保證每個(gè)子界面都是全屏顯示，方便操作使用。系統(tǒng)各個(gè) 圖形界面簡(jiǎn)潔明了，配以觸摸屏實(shí)現(xiàn)傻瓜式操作以適宜普通用戶使用。
如圖3所示，智能傳感器的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為傳感器接線柱與調(diào)理放 大電路、PIC16F873單片機(jī)、RS232收發(fā)器、DB9插座相接，PIC16F873單片機(jī) 與外接存儲(chǔ)器24LC256相接。
智能傳感器模塊(STIM)負(fù)責(zé)溫室數(shù)據(jù)的采集，采用美國(guó)Microchip公司的 PIC16F873單片機(jī)，并擴(kuò)展EEPROM 24LC256用于存放TEDS表單數(shù)據(jù)，可輸出該 智能傳感器的制造信息、通道數(shù)量、單位信息等參數(shù)。傳感器輸出信號(hào)經(jīng)調(diào)理 電路后，轉(zhuǎn)換成0-5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓輸入至PIC16F873A的模擬通道輸入口，經(jīng)單 片機(jī)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換后，按照一定的數(shù)據(jù)通信協(xié)議通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的RS232串口經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 適配器NCAP與以太網(wǎng)相連。一個(gè)智能傳感器可以接3路傳感器(可擴(kuò)展到5路)， 能夠采集包括溫度、濕度、光照度、土壤濕度、營(yíng)養(yǎng)液電導(dǎo)率和酸堿度值等溫 室種植需要的參數(shù)，可根據(jù)用戶不同的需要進(jìn)行組合。
如圖4所示，執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)模塊的內(nèi)部模塊的連接關(guān)系為DB9插座、RS232 收發(fā)器、串口隔離器、PIC16F877單片機(jī)、光耦P521相接，光耦分別與LED指 示燈和開(kāi)光信號(hào)輸出接線柱相接。
執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)模塊的核心部分采用PIC16F877單片機(jī)，包括復(fù)位電路、RS232 串口電路、電源調(diào)理電路、電源及通訊指示電路、光電隔離輸出電路等，并通 過(guò)RS232串口與網(wǎng)絡(luò)適配器NCAP連接實(shí)現(xiàn)對(duì)以太網(wǎng)的即插即用。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的 網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)模塊具有15路的輸出控制能力，能夠控制溫室的天窗開(kāi)合電機(jī)、 遮陽(yáng)網(wǎng)電機(jī)、水泵電機(jī)、加熱器、風(fēng)機(jī)等各種溫室設(shè)備，滿足一般溫室的控制
需求。
如圖5所示，網(wǎng)絡(luò)適配器的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為DB9插座與RS232收發(fā)器、 PIC16F877單片機(jī)、通信控制器SX52BD、以太網(wǎng)控制器RTL8019AS、網(wǎng)絡(luò)變壓器、 RJ45插座相接，通信控制器與外接存儲(chǔ)器24LC256相接。
網(wǎng)絡(luò)適配器(NCAP)采用美國(guó)Microchip公司的PIC16F877單片機(jī)，結(jié)合通 信控制器SX52BD與10M以太網(wǎng)控制芯片RTL8019AS以及網(wǎng)絡(luò)變壓器和RJ45插 座組成的網(wǎng)絡(luò)通信模塊，通過(guò)單片機(jī)擴(kuò)展的標(biāo)準(zhǔn)RS232串口實(shí)現(xiàn)對(duì)智能傳感器 模塊和執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)模塊的即插即用。
如圖6所示，基于嵌入式技術(shù)的溫室多參數(shù)測(cè)控系統(tǒng)的軟件流程為系統(tǒng)上 電進(jìn)行各模塊軟硬件初始化，初始化完成后嵌入式專用測(cè)控儀進(jìn)入測(cè)控系統(tǒng)主 界面顯示，并刷新系統(tǒng)時(shí)鐘，同時(shí)調(diào)用Socket套接字函數(shù)連接網(wǎng)絡(luò)傳感器模塊 接收傳感器數(shù)據(jù)，若Socket連接成功且接收到的數(shù)據(jù)格式正確則送實(shí)時(shí)顯示界 面顯示；完成數(shù)據(jù)采集后，嵌入式專用測(cè)控儀判斷用戶選擇的控制方式，若為 手動(dòng)控制則使控制方式界面上各執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制按鈕有效，用戶可以通過(guò)觸摸屏 點(diǎn)擊這些按鈕手動(dòng)控制現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，最后進(jìn)行下一次數(shù)據(jù)采集；若為自動(dòng)控 制則將采集到的傳感器數(shù)據(jù)與用戶設(shè)定的各參數(shù)值比較，若超限則發(fā)送指令控 制相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)啟閉自動(dòng)控制各參數(shù)在用戶設(shè)定范圍內(nèi)，此時(shí)各手動(dòng)控制的開(kāi) 關(guān)按鈕無(wú)效。
在上述技術(shù)方案中，系統(tǒng)的控制方法是這樣實(shí)現(xiàn)的 控制方法包括手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種模式。在手動(dòng)控制模式下，系統(tǒng)根 據(jù)連接的智能網(wǎng)絡(luò)傳感器情況實(shí)時(shí)顯示傳感器采集到的各參數(shù)數(shù)值，例如插上 帶溫、光、濕傳感器的智能網(wǎng)絡(luò)傳感器時(shí)，顯示溫室環(huán)境參數(shù)溫度、光照、濕 度值，當(dāng)再插上帶土壤濕度傳感器的智能網(wǎng)絡(luò)傳感器時(shí)，則再顯示土壤濕度值， 以此類推，同時(shí)用戶可通過(guò)點(diǎn)擊控制方式界面上的按鍵隨時(shí)控制對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)執(zhí) 行機(jī)構(gòu)；在自動(dòng)控制模式下，系統(tǒng)除實(shí)現(xiàn)上述實(shí)時(shí)顯示功能外，還可根據(jù)需要 選擇溫室環(huán)境自動(dòng)控制、土壤灌溉自動(dòng)控制、無(wú)土栽培營(yíng)養(yǎng)液自動(dòng)控制的一種 或多種，軟件通過(guò)比較傳感器輸入值和用戶設(shè)定值之間的差別后，自動(dòng)輸出控 制信號(hào)，保證各參數(shù)控制在設(shè)定范圍內(nèi)(其中溫室環(huán)境自動(dòng)控制采用分段多級(jí) 控制策略)。
系統(tǒng)采用輸出+9V的變壓器為各模塊供電，用普通網(wǎng)線將嵌入式溫室專用測(cè) 控儀、智能網(wǎng)絡(luò)傳感器、網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)模塊連接至多口網(wǎng)絡(luò)集線器，通過(guò)設(shè) 定各模塊的IP地址及端口號(hào)使其組成一個(gè)局域以太網(wǎng)。嵌入式溫室專用測(cè)控儀
是整個(gè)系統(tǒng)的核心控制部分，通過(guò)以太網(wǎng)接收智能網(wǎng)絡(luò)傳感器發(fā)來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)， 并在液晶顯示器上顯示，同時(shí)通過(guò)以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)模塊從而操作現(xiàn) 場(chǎng)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
用戶可即插即用多個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)傳感器，采集包括溫度、濕度、光照度、土壤 濕度、營(yíng)養(yǎng)液電導(dǎo)率和酸堿度值等溫室種植需要的參數(shù)，同時(shí)能對(duì)溫室環(huán)境、 土壤灌溉、無(wú)土栽培營(yíng)養(yǎng)液實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，也可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行手動(dòng)控 制，實(shí)現(xiàn)溫室多參數(shù)的監(jiān)測(cè)與控制。
本系統(tǒng)采用觸摸屏操作、"傻瓜式"控制界面。
權(quán)利要求1.一種基于嵌入式技術(shù)的溫室多參數(shù)測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于，多口網(wǎng)絡(luò)集線器分別與嵌入式溫室專用測(cè)控儀、第一網(wǎng)絡(luò)適配器、第二網(wǎng)絡(luò)適配器相接，第一網(wǎng)絡(luò)適配器與智能傳感器相接，第二網(wǎng)絡(luò)適配器與執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)模塊相接，嵌入式溫室專用測(cè)控儀的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為基于ARM7TDMI的32位微處理器分別與內(nèi)存、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、以太網(wǎng)控制芯片、JTAG接口、RS232收發(fā)器、LCD顯示及觸摸屏相接，以太網(wǎng)控制芯片與網(wǎng)絡(luò)變壓器、RJ45接口插座相接，RS232收發(fā)器與DB9插座相接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于嵌入式技術(shù)的溫室多參數(shù)測(cè)控系統(tǒng)，其 特征在于，所述的智能傳感器的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為傳感器接線柱與調(diào)理放 大電路、PIC16F873單片機(jī)、RS232收發(fā)器、DB9插座相接，PIC16F873單片機(jī) 與外部存儲(chǔ)器24LC256相接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于嵌入式技術(shù)的溫室多參數(shù)測(cè)控系統(tǒng)，其 特征在于，所述的執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)模塊的內(nèi)部模塊的連接關(guān)系為DB9插座與RS232 收發(fā)器、串口隔離器、PIC16F877單片機(jī)、光耦相接，光耦分別與LED指示燈和 開(kāi)光信號(hào)輸出接線柱相接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于嵌入式技術(shù)的溫室多參數(shù)測(cè)控系統(tǒng)，其 特征在于，所述的網(wǎng)絡(luò)適配器的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為DB9插座與RS232收發(fā)器、 PIC16F877單片機(jī)、通信控制器、以太網(wǎng)控制器、網(wǎng)絡(luò)變壓器、RJ45插座相接， 通信控制器與外部存儲(chǔ)器相接。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于嵌入式技術(shù)的溫室多參數(shù)測(cè)控系統(tǒng)。多口網(wǎng)絡(luò)集線器分別與嵌入式溫室專用測(cè)控儀、第一網(wǎng)絡(luò)適配器、第二網(wǎng)絡(luò)適配器相接，第一網(wǎng)絡(luò)適配器與智能傳感器相接，第二網(wǎng)絡(luò)適配器與執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)模塊相接，嵌入式溫室專用測(cè)控儀的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為基于ARM7TDMI的32位微處理器分別與內(nèi)存、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、以太網(wǎng)控制芯片、JTAG接口、RS232收發(fā)器、LCD顯示及觸摸屏相接，以太網(wǎng)控制芯片與網(wǎng)絡(luò)變壓器、RJ45接口插座相接，RS232收發(fā)器與DB9插座相接。本實(shí)用新型能實(shí)現(xiàn)各類型傳感器和執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)以太網(wǎng)的即插即用。同時(shí)，用嵌入式溫室專用測(cè)控儀代替?zhèn)鹘y(tǒng)PC機(jī)，減小體積，降低成本，并采用觸摸屏操作、“傻瓜式”控制界面。
文檔編號(hào)A01G9/24GK201004177SQ20072010
公開(kāi)日2008年1月9日 申請(qǐng)日期2007年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月16日
發(fā)明者周敏剛, 周益明, 潛 張, 方旭杰, 楊祥龍, 華 王, 王立人, 郭希山 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)