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- 溫室智能控制系統(tǒng)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高效化提供保障發(fā)表日期:2014-04-09 來源:托普物聯(lián)網(wǎng) 瀏覽次數(shù):4218次
溫室智能控制系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)與傳感器的完美結(jié)合,溫室智能控制系統(tǒng)已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中溫室科學(xué)智能管理的一個(gè)重要措施,由于溫室環(huán)境的智能控制使得作物在任何季節(jié)、任何氣候條件下均有適宜的生長(zhǎng)環(huán)境,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也做到了常年工廠化和生產(chǎn)的高產(chǎn)值、高收益。
目前,隨著智能溫室研究的不斷深入,國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了作物生長(zhǎng)與溫室環(huán)境因子之間的關(guān)系研究,并建立了一些溫室作物生長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)機(jī)理模型。通過預(yù)測(cè)溫室作物的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài),按照作物生長(zhǎng)與溫室環(huán)境因子之間的內(nèi)在關(guān)系,溫室智能控制系統(tǒng)將自動(dòng)提供溫室環(huán)境實(shí)時(shí)控制方案,適時(shí)調(diào)節(jié)溫室環(huán)境條件,以滿足作物生長(zhǎng)條件。
然而,目前的溫室智能控制系統(tǒng)存在以下問題。①利用現(xiàn)場(chǎng)布線的方法實(shí)現(xiàn)溫室智能控制,存在因布線困難無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的問題。②基于溫室作物生長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)機(jī)理模型的溫室智能控制系統(tǒng),存在無法自動(dòng)適應(yīng)不同作物和作物不同生長(zhǎng)期的問題。為此,這里設(shè)計(jì)了基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetwork,WSN)的自適應(yīng)溫室智能控制系統(tǒng),并且利用Kingview“組態(tài)王”軟件克服了VB、VC等軟件存在的界面不友好,不易實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制的問題。
1、系統(tǒng)的組成
溫室智能控制系統(tǒng)的組成如圖1所示,由傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和PLC組成。傳感器節(jié)點(diǎn)分布于各溫室的待測(cè)區(qū)域,用于測(cè)量溫室中的溫度、濕度、光照度以及天窗、內(nèi)外遮陽的位置,其控制器將自身編號(hào)及相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送至匯聚節(jié)點(diǎn)。匯聚節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)后,先消除冗余信息再發(fā)到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過PLC控制執(zhí)行元件工作。
2、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
?。?)溫室遠(yuǎn)程控制的無線傳感網(wǎng)絡(luò)是一種自組織網(wǎng)絡(luò),由多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自組織組成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。自組織網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)加入或離開后,系統(tǒng)會(huì)重新生成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),不影響系統(tǒng)的正常工作。本文采用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。傳感節(jié)點(diǎn)采集溫室的溫度、濕度、光照度以及天窗、內(nèi)外遮陽的位置數(shù)據(jù),通過Zig-Bee上傳到匯聚節(jié)點(diǎn),匯聚節(jié)點(diǎn)分析這些數(shù)據(jù)后得到控制指令,再將控制指令通過ZigBee下發(fā)到調(diào)控節(jié)點(diǎn),調(diào)控節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的指令和預(yù)設(shè)的參數(shù)通過PLC控制風(fēng)機(jī)、水簾、噴淋及電機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行,從而改變溫室環(huán)境。匯聚節(jié)點(diǎn)除了提供分析數(shù)據(jù),調(diào)度子節(jié)點(diǎn)群運(yùn)行外,還具有人機(jī)交互的功能。
另外,匯聚節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)部無線網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)的連接,遠(yuǎn)程用戶通過因特網(wǎng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù)。匯聚節(jié)點(diǎn)采用Zigbee傳送技術(shù),在大面積長(zhǎng)距離的范圍內(nèi)能自動(dòng)組網(wǎng),接力傳送數(shù)據(jù)。在電路設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到環(huán)保和節(jié)約能源,使用可多次充放電循環(huán)的鋰電池作為能源,使用太陽能電池板作為鋰電池的電能補(bǔ)充,正常情況下可長(zhǎng)時(shí)間不用更換電池,也不需維護(hù)。
(2)傳感節(jié)點(diǎn)中的濕度數(shù)據(jù)采集與當(dāng)時(shí)的溫度有關(guān),為了能準(zhǔn)確采集數(shù)據(jù),將溫度傳感器與濕度傳感器組合在同一環(huán)境中,并將溫、濕度傳感器的輸出信號(hào)全轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),從而保證濕度傳感器數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠。光照強(qiáng)度檢測(cè)利用了太陽能電池兩端的電壓變化,經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送到單片機(jī)中供累計(jì)光照。
(3)傳感節(jié)點(diǎn)的控制器采用CC2430單片機(jī),CC2430是系統(tǒng)芯片,能滿足以ZigBee為基礎(chǔ)的對(duì)低成本、低功耗應(yīng)用要求。為了降低功耗,節(jié)點(diǎn)采用突發(fā)工作方式,平時(shí)工作在節(jié)能模式下,到定時(shí)時(shí)間,喚醒CPU來采集和傳輸數(shù)據(jù)。
(4)匯聚節(jié)點(diǎn)的軟件主要完成CC2430單片機(jī)與PC機(jī)在組態(tài)王中實(shí)現(xiàn)串口通訊。匯聚節(jié)點(diǎn)程序軟件流程圖如圖3所示。