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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：托普云農(nóng) 瀏覽次數(shù)：4622次
溫室智能控制系統(tǒng)是基于計算機的自動控制系統(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)展中溫室科學智能管理的一個重要措施，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，國內(nèi)外學者進行了作物生長與溫室環(huán)境因子之間的關系研究，并建立了一些溫室作物生長的動態(tài)機理模型。通過預測溫室作物的生長動態(tài)，按照作物生長與溫室環(huán)境因子之間的內(nèi)在關系，溫室智能控制系統(tǒng)將自動提供溫室環(huán)境實時控制方案，適時調(diào)節(jié)溫室環(huán)境條件，以滿足作物生長條件。
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)場布線的方法實現(xiàn)溫室智能控制，存在因布線困難無法實現(xiàn)遠程控制的問題。②基于溫室作物生長的動態(tài)機理模型的溫室智能控制系統(tǒng)，存在無法自動適應不同作物和作物不同生長期的問題。為此，這里設計了基于無線傳感網(wǎng)絡（WirelessSensorNetwork，WSN）的自適應溫室智能控制系統(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，不易實現(xiàn)網(wǎng)絡控制的問題。
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、匯聚節(jié)點、計算機控制系統(tǒng)和PLC組成。傳感器節(jié)點分布于各溫室的待測區(qū)域，用于測量溫室中的溫度、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及相關數(shù)據(jù)發(fā)送至匯聚節(jié)點。匯聚節(jié)點接收到數(shù)據(jù)后，先消除冗余信息再發(fā)到計算機控制系統(tǒng)，計算機控制系統(tǒng)通過PLC控制執(zhí)行元件工作。
2、網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)
（1）溫室遠程控制的無線傳感網(wǎng)絡是一種自組織網(wǎng)絡，由多個網(wǎng)絡節(jié)點自組織組成拓撲結(jié)構(gòu)。自組織網(wǎng)絡中的節(jié)點加入或離開后，系統(tǒng)會重新生成拓撲結(jié)構(gòu)，不影響系統(tǒng)的正常工作。本文采用的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖2所示。傳感節(jié)點采集溫室的溫度、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，匯聚節(jié)點分析這些數(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，調(diào)控節(jié)點根據(jù)接收到的指令和預設的參數(shù)通過PLC控制風機、水簾、噴淋及電機等設備的運行，從而改變溫室環(huán)境。匯聚節(jié)點除了提供分析數(shù)據(jù)，調(diào)度子節(jié)點群運行外，還具有人機交互的功能。
另外，匯聚節(jié)點作為網(wǎng)關實現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)部無線網(wǎng)絡與因特網(wǎng)的連接，遠程用戶通過因特網(wǎng)實現(xiàn)系統(tǒng)的運行與維護。匯聚節(jié)點采用Zigbee傳送技術，在大面積長距離的范圍內(nèi)能自動組網(wǎng)，接力傳送數(shù)據(jù)。在電路設計時充分考慮到環(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充，正常情況下可長時間不用更換電池，也不需維護。
?。?）傳感節(jié)點中的濕度數(shù)據(jù)采集與當時的溫度有關，為了能準確采集數(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全轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，從而保證濕度傳感器數(shù)據(jù)的準確可靠。光照強度檢測利用了太陽能電池兩端的電壓變化，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送到單片機中供累計光照。
?。?）傳感節(jié)點的控制器采用CC2430單片機，CC2430是系統(tǒng)芯片，能滿足以ZigBee為基礎的對低成本、低功耗應用要求。為了降低功耗，節(jié)點采用突發(fā)工作方式，平時工作在節(jié)能模式下，到定時時間，喚醒CPU來采集和傳輸數(shù)據(jù)。
（4）匯聚節(jié)點的軟件主要完成CC2430單片機與PC機在組態(tài)王中實現(xiàn)串口通訊。匯聚節(jié)點程序軟件流程圖如圖3所示。
