专利名称：一种基于分布式网络的电机控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及控制技术在农业设施环境中应用的技术领域，具体涉 及一种基于分布式网络的电机控制器。
背景技术：
在设施农业生产中，环境对动植物的生长有着重要的影响，而且 设施内可以通过一定的手段进行人工调节和干预，传统的环境调控方 式以人工为主，由于人为的监测存在经验误差和不能连续职守的问 题，不利于给动植物提供良好的环境，因此，近年来，自动化控制技 术在农业设施环境调控中引用越来越多。目前，设施环境自动控制已有相关的产品推广应用，为环境调控 自动化提供了很好的基础，具有减轻劳动量，合理调节环境质量的优 点。但是也存在一些关键问题影响了环境控制的效果。主要有两个方面， 一是控制因子单一，主要以温度为主，考虑其他因素比较少；其 二是釆样点比较少，多以中间位置作为经验采样点，未能充分反映设 施内的环境状况。发明内容本发明是针对农业设施分布式控制的需求，将嵌入式网络技术融 入到设备的控制节点，以设施环境调控的基本执行机构电机为载体， 实现每个设备的网络节点功能，同时各个节点具有模拟量接口，可以 实现自主控制与网络控制相结合，为提高农业设施环境调控能力提供 一种新的设备。为实现上述目的，本发明釆用以下技术方案一种基于分布式网络的电机控制器，包括单片机和网络处理芯片， 所述电机控制器以所述单片机作为主控制器连接所述网路处理芯片，
所述电机控制器连接电机形成节点，所述单片机控制所述电机运转并 通过传感器釆集温度信号，所述单片机控制所述网络处理芯片远程访 问环境调控系统。所述网络处理芯片内移植有TCP/IP协议栈和HTTP协议,TCP/IP协议栈提供网络协议基础，HTTP协议提供具体远程控制。所述主控制器与所述电机的接口采用高功率固态继电器驱动电机运转，控制器通过固态继电器带动接触器线圈，接触器驱动电机运转，根据具体电机选型的不同，可以选择是否加接触器。所述主控制器内置控制算法逻辑，所述节点独立自主控制。 所述主控制核心具有5路模拟量输入，4路开关量输出。 所述网络处理芯片有以太网接口，所述单片机控制所述网络处理芯片远程访问调控系统的方式为以太网的方式。本发明的电机控制器以每个执行机构作为控制节点，每个节点具有一定的独立决策能力，又能够通过网络进行统一控制，基于这种模式，可以为研究设施内环境监控布点规律提供硬件基础，有利于通过优化的控制方案，提高环境调控的效果。
图1为本发明的单片机与网络处理芯片8019AS的接口示意图； 图2为本发明电机控制器接电机的外围电路设计示意图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 该实施例通过自主研发的基于单片机的电机控制器，该电机控制 器包括单片机和网络处理芯片，结合现有农业设施环境调控的执行机 构-电机，形成控制节点。电机控制器以单片机作为主控制器连接网 路处理芯片，单片机控制电机运转并通过传感器釆集温度信号，单片 机控制网络处理芯片远程访问环境调控系统。现有的单片机网络系统主要有釆用Rabbit3000系列单片机，内置
操作系统的方案；以及采用RTOS Motorola MCF5272处理器，用 uClirmx操作系统的方案。诸如此类的方案都采用了嵌入式的操作系 统，对硬件的要求很高，要求几兆甚至几十兆的存储器，虽然它们可 以完成如网关等许多复杂的功能，但对于许多仅需要进行数据采集、 控制的地方(如信息家电、设备控制器等)，其成本往往是不可接受 的，因此我们选用了基于精简指令集的PIC单片机加网络控制芯片 RTL8019AS的方式，来实现嵌入式Web服务器的功能，其成本价格 仅为百元左右。如图1所示为本实施例的单片机与网络处理芯片8019AS的接口 示意图，本实施例中单片机选用了基于精简指令集的PIC16F877单片 机，网络处理芯片选用RTL8019AS， PIC16F877单片机作为主控制 器通过I/0接口 RE0、 RE1、 RC5、 RC0 RC4、 RD0 RD7连接所述 网路处理芯片RTL8019AS，通过REO、 RE1进行数据交换的读写控 制，RC0 RC4为地址线，RD0 RD7为数据总线，通过RC5进行判 忙识别，网络处理芯片RTL8019AS通过外接网络变压器20F001N连 接以太网接口 RJ45，实现该电机控制器远程访问环节调控系统的功 能。PIC16F877单片机通过固态继电器带动接触器线圈，接触器驱动 电机运转，根据具体电机选型的不同，可以选择是否加接触器。该电机控制器利用PIC16F877的RA端口 5路模拟量输入，RB 端口的4路开关量输出作为控制器数据釆集和控制的外部通道。开关 量仍有4路端口可供使用，或釆用其它方式进行更多的扩展。如图2为本发明电机控制器接电机的外围电路设计示意图。单片 机PIC16F877发送的控制电机运转的开关量信号非常微弱，不足以驱 动电机工作，通过开关电源DS1032连接图示中开关量接入线路A、 B和C,通过固态继电器将信号放大带动电机上的接触器线圈，接触 器驱动电机运转。电机运转通过温度传感器釆集环节温度，将釆集的 温度信号传递给单片机PIC16F877的数据釆集接口 RAO和RA1。
釆用嵌入式Web Server的电机控制器是将信号处理、控制电路与 TCP/IP通信协议、HTTP协议集成在电机控制器芯片程序中。电机控 制器中嵌入了经过裁剪的TCP/IP协议及HTTP协议数据处理模块。 其中，TCP/IP协议栈和HTTP协议是实现控制器远程控制的核心部 分。前者提供网络协议基础，后者提供具体远程控制。二者都需要根 据控制器的特点进行定制，以期达到更高的效率。在该网络实现方案中，单片机主要负责实现剪裁的TCP/IP协议， 另外处理传感器的信号，并实现控制的主程序的功能。这里的8019AS 主要负责处理以太网协议(IEEE802.3)。该分布式节点可以根据自带传感器的信息来控制电机设备是否 启动，具有一定的逻辑判断算法；同时，通过RJ45接口，可以与中 心控制器(或计算机)通讯，可以远程直接控制设备开启，也可以修 改自主控制的逻辑参数。利用该分布式网络控制器可以分布式测控节点，可以组态化安 装，增加系统配置的灵活性；以太网的通讯模式，有利于远程访问；分布式的传感器布局，有利于提高环境调控的效果。以上已经参照附图公开了本发明的实施例。本发明不限制于先前 所述的实施例，在不脱离本发明范围对前述实施例的可能的多种改变 和修改，仍属于本发明所要保护的范围。
权利要求
1、 一种基于分布式网络的电机控制器，包括单片机和网络处理 芯片，其特征在于所述电机控制器以所述单片机作为主控制器连接所 述网路处理芯片，所述电机控制器连接电机形成节点，所述单片机控 制所述电机运转并通过传感器采集温度信号，所述单片机控制所述网 络处理芯片远程访问环境调控系统。
2、 如权利要求1所述的基于分布式网络的电机控制器，其特征 在于所述网络处理芯片内移植有TCP/IP协议栈和HTTP协议。
3、 如权利要求1所述的基于分布式网络的电机控制器，其特征 在于所述主控制器与所述电机的接口釆用高功率固态继电器驱动电 机运转。
4、 如权利要求1所述的基于分布式网络的电机控制器，其特征 在于所述主控制器内置控制算法逻辑，所述节点独立自主控制。
5、 如权利要求1所述的基于分布式网络的电机控制器，其特征 在于所述主控制核心具有5路模拟量输入，4路开关量输出。
6、 如权利要求1所述的基于分布式网络的电机控制器，其特征 在于所述网络处理芯片有以太网接口，所述单片机控制所述网络处理 芯片远程访问调控系统的方式为以太网的方式。
全文摘要
本发明提供一种基于分布式网络的电机控制器，其包括单片机和网络处理芯片，单片机作为主控制器，网络处理芯片移植了TCP/IP协议栈，实现了通过以太网方式进行远程访问的功能，控制器核心具有5路模拟量输入，4路开关量输出；与电机的接口采用高功率固态继电器驱动电机运转。在主控制器内结合农业设施控制要求的不同，内置控制算法逻辑，可以实现每个节点的独立自主控制，同时可以通过以太网接口，以网络的方式与整个设施的环境调控系统相结合，进行数据传输和发送。
文档编号G05B19/418GK101145053SQ20071012194
公开日2008年3月19日 申请日期2007年9月18日 优先权日2007年9月18日
发明者付为森, 李志忠, 滕光辉 申请人:中国农业大学