導語：溫室監(jiān)控系統(tǒng)設計論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：為了更好地滿足農業(yè)發(fā)展要求，設計一套基于組態(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)行機構及系統(tǒng)組態(tài)軟件構成。筆者分別從主控制器硬件設計、傳感器選型、主程序設計、通信接口設計、組態(tài)軟件界面設計等方面進行闡述。系統(tǒng)在楊凌農業(yè)示范園進行了實地測試。測試結果表明，本系統(tǒng)硬件結構可靠、軟件系統(tǒng)運行情況良好，操作簡單，使用方便，可滿足溫室大棚智能監(jiān)控的需求，實現(xiàn)了預期功能。

關鍵詞：組態(tài)軟件；智能溫室；系統(tǒng)設計

智能溫室是現(xiàn)代農業(yè)的重要組成部分，早在20世紀70年代，國外就開始對智能溫室環(huán)境監(jiān)控技術進行研究，其中日本、荷蘭、以色列、美國等發(fā)達國家智能溫室監(jiān)測技術發(fā)展的最快。國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)，并通過相關設備進行指示、記錄和控制。隨后又出現(xiàn)了分布式監(jiān)測系統(tǒng)以及計算機數(shù)據(jù)采集監(jiān)測系統(tǒng)的多因子綜合監(jiān)測系統(tǒng)。溫室產(chǎn)業(yè)在我國農業(yè)中的比重不斷增加，加快了我國現(xiàn)代化農業(yè)發(fā)展的速度?！敖M態(tài)”的概念是伴隨著集散型控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem，DCS）的出現(xiàn)，才被廣大自動化技術人員所熟悉的。在監(jiān)控技術的不斷發(fā)展和應用過程中，組態(tài)軟件因為界面直觀、便于二次開發(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)軟件設計了一套溫室監(jiān)控系統(tǒng)。

1系統(tǒng)總體設計

農作物的生長受到各種不同環(huán)境因子的影響，這些環(huán)境因子對作物生長發(fā)育的影響各不相同[1]。目前，科學家分析影響植物生長的環(huán)境因子達52種，其中空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、光照強度、二氧化碳濃度是影響植物生長最主要的幾種環(huán)境因子。根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)測與控制需求分析，確定系統(tǒng)結構如圖1所示。

2系統(tǒng)硬件設計

2.1傳感器選型

要實現(xiàn)對溫室環(huán)境因子參數(shù)的監(jiān)測，必須選擇適合系統(tǒng)的傳感器[2]。為了便于電路設計，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。該傳感器內置SHT10器件，主要用于土壤溫濕度測量。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)字型光強度傳感器，內部包含一個16位模數(shù)轉換器，直接輸出數(shù)字信號。因此，該傳感器使用時不需再進行復雜計算，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）原理對空氣中存在的二氧化碳進行檢測，是一款高分辨率、高靈敏度的傳感器，無氧氣依賴性，壽命長，供電電壓為4～6V，提供UART、模擬電壓信號、PWM波形等多種輸出方式。該傳感器內置溫度傳感器，可進行溫度補償，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主控制器設計

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內核的STM32系列單片機[3]。系統(tǒng)選用STM32F103VE作為主控芯片，主頻72MHz，內部含有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嵌入式實時操作系統(tǒng)[4]。主控制器結構框圖如圖3所示。

3系統(tǒng)軟件設計

軟件是整個系統(tǒng)的靈魂，對于系統(tǒng)的運行來說至關重要，各個操作都是在軟件的協(xié)調下進行的。系統(tǒng)的軟件設計包括溫室控制系統(tǒng)的軟件設計、通信接口驅動程序設計、上位機管理軟件的設計等。本系統(tǒng)上位機軟件因選取組態(tài)軟件，此處不再贅述。

3.1系統(tǒng)主程序

系統(tǒng)的主程序是軟件設計的核心環(huán)節(jié)，對整個程序架構起關鍵作用。系統(tǒng)上電后，將進行初始化，隨后進入主程序。系統(tǒng)可以進行模式選擇，分為手動和自動兩種方式。在進入相應的子程序后，將逐步完成按鍵的掃描和服務、控制方式設置、環(huán)境參數(shù)采集、通信接口驅動和執(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，傳送的報文沒有目標地址，采取全網(wǎng)廣播方式，每個節(jié)點通過反映數(shù)據(jù)性質的報文標識符篩選報文，能夠實現(xiàn)即插即用，可在線上網(wǎng)下網(wǎng)，增強了數(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總線通信軟件設計包括CAN總線的初始化、報文發(fā)送和報文接收3個模塊[5]。本系統(tǒng)所使用的芯片因其有專門一整套為其設計的固件驅動程序，因而大大簡化了編程過程，為開發(fā)者省去了許多時間，可以將更多的精力放在實現(xiàn)系統(tǒng)功能上。

4組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設計

本系統(tǒng)上位機軟件選用組態(tài)王組態(tài)軟件。組態(tài)王（Kingview）是由北京亞控自動化軟件有限公司開發(fā)的一款具有易用性、開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：設計圖形界面、構造數(shù)據(jù)庫、建立動畫連接、運行和調試。上位機是系統(tǒng)與用戶直接對話的窗口。組態(tài)王提供了豐富的系統(tǒng)界面設計資源。本系統(tǒng)分別設計了登錄界面、溫室狀態(tài)與控制界面、參數(shù)修改界面、實時與歷史曲線界面、報警與事件界面，實現(xiàn)了系統(tǒng)相關功能[6]。

5結語

系統(tǒng)完成設計后，配合硬件試驗資源，在楊凌農業(yè)示范園進行了實地測試，系統(tǒng)測試運行界面如圖5所示。測試結果表明，基于組態(tài)軟件的溫室智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠實現(xiàn)系統(tǒng)預期功能，操作簡單、使用方便，系統(tǒng)運行情況良好。

作者:馮春衛(wèi) 閔衛(wèi)鋒 單位:楊凌職業(yè)技術學院

參考文獻

[1]肖乾虎.基于ZigBee/GPRS的作物生長環(huán)境因子遠程監(jiān)測系統(tǒng)研究[D].海口:海南大學,2014.

[2]楊少春.傳感器原理及應用[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的智能溫室遠程控制系統(tǒng)的設計[J].浙江農業(yè)學報,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現(xiàn)[J].化工自動化及儀表,2012:224-227.

[5]傅仕杰,張英梅,王樂.基于STM32溫室環(huán)境測控系統(tǒng)的研究[J].農業(yè)網(wǎng)絡信息,2010(12).

[6]楊學坤,諸剛,胡瑤玫.基于組態(tài)王的溫室環(huán)境自動監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控軟件設計[C]//全國經(jīng)濟管理院校工業(yè)技術學研究會.2012:189-192.