專利名稱：一種基于嵌入式技術的溫室多參數測控系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基于嵌入式技術的溫室多參數測控系統。
背景技術：
目前國內外溫室控制系統主要采用基于現場總線溫室控制系統，但是這種 控制模式具有一定的不足1、總線標準繁多且都有自己規定的協議格式和介質， 相互之間互不兼容，使得變送器制造商無所適從，同時不同類型的傳感器不能 即插即用，給用戶系統的擴展和維護造成不便；2、上位機普遍采用計算機，一 方面成本高，另一方面其控制軟件界面復雜、操作不便，有的甚至是英文界面， 對使用者文化要求很高，不利于在我國普通農戶中推廣。 發明內容
本實用新型的目的是針對上述不足，提供一種基于嵌入式技術的溫室多參
數測控系統。
基于嵌入式技術的溫室多參數測控系統的內部模塊連接關系為多口網絡 集線器分別與嵌入式溫室專用測控儀、第一網絡適配器、第二網絡適配器相接， 第一網絡適配器與智能傳感器相接，第二網絡適配器與執行器驅動模塊相接， 嵌入式溫室專用測控儀的內部模塊連接關系為基于ARM7TDMI的32位微處理 器S3C44B0X分別與內存HY57V64160、程序存儲器AM29LV160D、數據存儲器 K9F2808U0B、以太網控制芯片RTL8019AS、 JTAG接口、 RS232收發器、LCD顯示 及觸摸屏相接，以太網控制芯片與網絡變壓器、RJ45接口插座相接，RS232收 發器與DB9插座相接。
所述的智能傳感器的內部模塊連接關系為傳感器接線柱與調理放大電路、 PIC16F873單片機、RS232收發器、DB9插座相接，PIC16F873單片機與外接存 儲器24LC256相接。
執行器驅動模塊的內部模塊的連接關系為DB9插座、RS232收發器、串口 隔離器、PIC16F877單片機、光耦P521相接，光耦分別與LED指示燈和開關信 號輸出接線柱相接。
網絡適配器的內部模塊連接關系為DB9插座與RS232收發器、PIC16F877 單片機、通信控制器SX52BD、以太網控制器RTL8019AS、網絡變壓器、RJ45插 座相接，通信控制器與外接存儲器24LC256相接。
本實用新型根據IEEE1451. 2標準，系統設計以太網的網絡適配器并提供標
準RS232接口，能實現各類型傳感器和執行器驅動模塊對以太網的即插即用。 同時，用嵌入式溫室專用測控儀代替傳統的PC機，降低成本；用嵌入式圖形用 戶界面設計"傻瓜式"測控系統的軟件界面，并采用觸摸屏操作，實現手動控 制和自動控制兩種控制方法，簡單實用。

圖1是基于嵌入式技術的溫室多參數測控系統連接框圖； 圖2是本實用新型的嵌入式溫室專用測控儀的硬件框圖3是本實用新型的智能傳感器模塊STIM硬件框圖4是本實用新型的執行器驅動模塊硬件框圖5是本實用新型的網絡適配器NCAP硬件框圖6是基于嵌入式技術的溫室多參數測控系統的軟件流程圖。
具體實施方式
如圖l、 2所示，基于嵌入式技術的溫室多參數測控系統內部模塊連接關系
為多口網絡集線器分別與嵌入式溫室專用測控儀、第一網絡適配器、第二網 絡適配器相接，第一網絡適配器與智能傳感器相接，第二網絡適配器與執行器
驅動模塊相接，嵌入式溫室專用測控儀的內部模塊連接關系為基于ARM7TDMI 的32位微處理器S3C44B0X分別與內存HY57V64160、程序存儲器AM29LV160D、 數據存儲器K9F2808U0B、以太網控制芯片RTL8019AS、 JTAG接口、 RS232收發 器、LCD顯示及觸摸屏相接，以太網控制芯片與網絡變壓器、RJ45接口插座相 接，RS232收發器與DB9插座相接。
系統采用輸出+9V的變壓器為各模塊供電，用普通網線將嵌入式溫室專用測 控儀、智能網絡傳感器、網絡執行器驅動模塊連接至多口網絡集線器，通過設 定各模塊的IP地址使其組成一個局域以太網。嵌入式溫室專用測控儀是整個系 統的核心控制部分，通過以太網接收智能網絡傳感器發來的實時數據，并在液 晶顯示器上顯示，同時通過以太網控制網絡執行器驅動模塊從而操作現場各執 行機構。
嵌入式溫室專用測控儀采用三星公司ARM7TDMI核的32位RISC處理器芯片 S3C44B0X，并配置了 8M的內存芯片HY57V641620, 2M程序存儲器AM29LV160DT 作為程序存儲器，16M的數據存儲器K9F2808U0B;人機界面采用臺灣清達光電 公司的6英寸、分辨率為320*240的STN型藍白液晶顯示器件HG320240A-B-CWH， 并選配了一款相同分辨率的觸摸屏代替傳統的鼠標按鍵操作；采用RTL8019AS、 網絡變壓器、RJ45接口構成以太網接口，通過網線連接網絡集線器實現與網絡
智能傳感器和網絡執行器驅動模塊的數據通信；微處理器的一路串口使用串口
收發器MAX232構成標準RS232串口；微處理器的JTAG接口用于系統調試和軟 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系 統的核心。其中，圖形用戶界面設計采用EmGUI，設計了四個界面，包括實時顯 示、參數設定、控制方式以及系統幫助界面實時顯示界面用于實時顯示智能 傳感器采集到的溫室各環境參數值，以及系統時鐘；參數設定界面為自動控制 方式服務，供用戶設定溫室環境自動控制、土壤灌溉自動控制、無土栽培營養 液自動控制三種自動控制方式下各參數上下限值，系統自動控制各相關執行機 構使參數維持在設定范圍內，讓作物生長在適宜環境中；控制方式界面提供手 動以及上述三種自動控制選擇，并提供手動控制下開執行機構的開關按鈕；使 用說明界面則是系統的在線幫助菜單，指導用戶如何使用本系統。各子界面之 間可以互相切換，以保證每個子界面都是全屏顯示，方便操作使用。系統各個 圖形界面簡潔明了，配以觸摸屏實現傻瓜式操作以適宜普通用戶使用。
如圖3所示，智能傳感器的內部模塊連接關系為傳感器接線柱與調理放 大電路、PIC16F873單片機、RS232收發器、DB9插座相接，PIC16F873單片機 與外接存儲器24LC256相接。
智能傳感器模塊(STIM)負責溫室數據的采集，采用美國Microchip公司的 PIC16F873單片機，并擴展EEPROM 24LC256用于存放TEDS表單數據，可輸出該 智能傳感器的制造信息、通道數量、單位信息等參數。傳感器輸出信號經調理 電路后，轉換成0-5V的標準電壓輸入至PIC16F873A的模擬通道輸入口，經單 片機內部A/D轉換后，按照一定的數據通信協議通過標準的RS232串口經網絡 適配器NCAP與以太網相連。一個智能傳感器可以接3路傳感器(可擴展到5路)， 能夠采集包括溫度、濕度、光照度、土壤濕度、營養液電導率和酸堿度值等溫 室種植需要的參數，可根據用戶不同的需要進行組合。
如圖4所示，執行器驅動模塊的內部模塊的連接關系為DB9插座、RS232 收發器、串口隔離器、PIC16F877單片機、光耦P521相接，光耦分別與LED指 示燈和開光信號輸出接線柱相接。
執行器驅動模塊的核心部分采用PIC16F877單片機，包括復位電路、RS232 串口電路、電源調理電路、電源及通訊指示電路、光電隔離輸出電路等，并通 過RS232串口與網絡適配器NCAP連接實現對以太網的即插即用。本系統設計的 網絡執行器驅動模塊具有15路的輸出控制能力，能夠控制溫室的天窗開合電機、 遮陽網電機、水泵電機、加熱器、風機等各種溫室設備，滿足一般溫室的控制
需求。
如圖5所示，網絡適配器的內部模塊連接關系為DB9插座與RS232收發器、 PIC16F877單片機、通信控制器SX52BD、以太網控制器RTL8019AS、網絡變壓器、 RJ45插座相接，通信控制器與外接存儲器24LC256相接。
網絡適配器(NCAP)采用美國Microchip公司的PIC16F877單片機，結合通 信控制器SX52BD與10M以太網控制芯片RTL8019AS以及網絡變壓器和RJ45插 座組成的網絡通信模塊，通過單片機擴展的標準RS232串口實現對智能傳感器 模塊和執行器驅動模塊的即插即用。
如圖6所示，基于嵌入式技術的溫室多參數測控系統的軟件流程為系統上 電進行各模塊軟硬件初始化，初始化完成后嵌入式專用測控儀進入測控系統主 界面顯示，并刷新系統時鐘，同時調用Socket套接字函數連接網絡傳感器模塊 接收傳感器數據，若Socket連接成功且接收到的數據格式正確則送實時顯示界 面顯示；完成數據采集后，嵌入式專用測控儀判斷用戶選擇的控制方式，若為 手動控制則使控制方式界面上各執行機構控制按鈕有效，用戶可以通過觸摸屏 點擊這些按鈕手動控制現場執行機構，最后進行下一次數據采集；若為自動控 制則將采集到的傳感器數據與用戶設定的各參數值比較，若超限則發送指令控 制相應執行機構啟閉自動控制各參數在用戶設定范圍內，此時各手動控制的開 關按鈕無效。
在上述技術方案中，系統的控制方法是這樣實現的 控制方法包括手動控制和自動控制兩種模式。在手動控制模式下，系統根 據連接的智能網絡傳感器情況實時顯示傳感器采集到的各參數數值，例如插上 帶溫、光、濕傳感器的智能網絡傳感器時，顯示溫室環境參數溫度、光照、濕 度值，當再插上帶土壤濕度傳感器的智能網絡傳感器時，則再顯示土壤濕度值， 以此類推，同時用戶可通過點擊控制方式界面上的按鍵隨時控制對應的現場執 行機構；在自動控制模式下，系統除實現上述實時顯示功能外，還可根據需要 選擇溫室環境自動控制、土壤灌溉自動控制、無土栽培營養液自動控制的一種 或多種，軟件通過比較傳感器輸入值和用戶設定值之間的差別后，自動輸出控 制信號，保證各參數控制在設定范圍內(其中溫室環境自動控制采用分段多級 控制策略)。
系統采用輸出+9V的變壓器為各模塊供電，用普通網線將嵌入式溫室專用測 控儀、智能網絡傳感器、網絡執行器驅動模塊連接至多口網絡集線器，通過設 定各模塊的IP地址及端口號使其組成一個局域以太網。嵌入式溫室專用測控儀
是整個系統的核心控制部分，通過以太網接收智能網絡傳感器發來的實時數據， 并在液晶顯示器上顯示，同時通過以太網控制網絡執行器驅動模塊從而操作現 場各執行機構。
用戶可即插即用多個智能網絡傳感器，采集包括溫度、濕度、光照度、土壤 濕度、營養液電導率和酸堿度值等溫室種植需要的參數，同時能對溫室環境、 土壤灌溉、無土栽培營養液實現自動控制，也可對現場各執行機構進行手動控 制，實現溫室多參數的監測與控制。
本系統采用觸摸屏操作、"傻瓜式"控制界面。
權利要求1.一種基于嵌入式技術的溫室多參數測控系統，其特征在于，多口網絡集線器分別與嵌入式溫室專用測控儀、第一網絡適配器、第二網絡適配器相接，第一網絡適配器與智能傳感器相接，第二網絡適配器與執行器驅動模塊相接，嵌入式溫室專用測控儀的內部模塊連接關系為基于ARM7TDMI的32位微處理器分別與內存、程序存儲器、數據存儲器、以太網控制芯片、JTAG接口、RS232收發器、LCD顯示及觸摸屏相接，以太網控制芯片與網絡變壓器、RJ45接口插座相接，RS232收發器與DB9插座相接。
2. 根據權利要求1所述的一種基于嵌入式技術的溫室多參數測控系統，其 特征在于，所述的智能傳感器的內部模塊連接關系為傳感器接線柱與調理放 大電路、PIC16F873單片機、RS232收發器、DB9插座相接，PIC16F873單片機 與外部存儲器24LC256相接。
3. 根據權利要求1所述的一種基于嵌入式技術的溫室多參數測控系統，其 特征在于，所述的執行器驅動模塊的內部模塊的連接關系為DB9插座與RS232 收發器、串口隔離器、PIC16F877單片機、光耦相接，光耦分別與LED指示燈和 開光信號輸出接線柱相接。
4. 根據權利要求1所述的一種基于嵌入式技術的溫室多參數測控系統，其 特征在于，所述的網絡適配器的內部模塊連接關系為DB9插座與RS232收發器、 PIC16F877單片機、通信控制器、以太網控制器、網絡變壓器、RJ45插座相接， 通信控制器與外部存儲器相接。
專利摘要本實用新型公開了一種基于嵌入式技術的溫室多參數測控系統。多口網絡集線器分別與嵌入式溫室專用測控儀、第一網絡適配器、第二網絡適配器相接，第一網絡適配器與智能傳感器相接，第二網絡適配器與執行器驅動模塊相接，嵌入式溫室專用測控儀的內部模塊連接關系為基于ARM7TDMI的32位微處理器分別與內存、程序存儲器、數據存儲器、以太網控制芯片、JTAG接口、RS232收發器、LCD顯示及觸摸屏相接，以太網控制芯片與網絡變壓器、RJ45接口插座相接，RS232收發器與DB9插座相接。本實用新型能實現各類型傳感器和執行器驅動模塊對以太網的即插即用。同時，用嵌入式溫室專用測控儀代替傳統PC機，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A01G9/24GK201004177SQ20072010
公開日2008年1月9日 申請日期2007年1月16日 優先權日2007年1月16日
發明者周敏剛, 周益明, 潛 張, 方旭杰, 楊祥龍, 華 王, 王立人, 郭希山 申請人:浙江大學