温室智能控制器硬件设计

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。

图1 系统结构图

　　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。