专利名称：基于无线通信技术的温室远程控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种温室控制技术，特别涉及一种基于无线通信技术的温室远程 控制装置。
背景技术：
我国耕地资源紧缺，利用设施农业改造传统农业是我国农业发展的必由之路。高 水平智能化的温室是设施农业的核心，因此，温室智能控制成为当前农业应用研究的热点。目前，温室控制系统数据采集的通讯方式主要是利用RS485总线。由于RS485总 线具有从机数量有限且不易扩展的特点，只能以主站轮询的方式进行，因此系统存在实时 性和可靠性均较差等缺点。所以，研究人员又将局域网总线(CAN总线)引入到温室控制 中，增强了网络各节点之间的数据通信实时性，并且容易构成冗余结构，提高了系统的可靠 性和系统的灵活性。但是，这些监控装置都没有摆脱“线”的束缚，在温室中控制装置的布 线非常困难，而且经常会因为通信线路老化而造成系统的通信故障。随着无线通信技术的发展，研究人员将无线传感器网络技术引入到温室控 制中，利用自组织无线传感器网络实现温室环境的无线监控功能。中国专利公开号 CN101013321A，
公开日2007年8月8日，发明创造名称为基于以太网和无线传感器网络的 温室智能执行器，该申请案公开了一种基于以太网和无线传感器网络的温室智能执行器， 它包括通用化温室控制模块、以太网网适配器和ZigBee无线通讯模块，它能实现执行器对 以太网和ZigBee无线网的即插即用，具有结构简单，操作和维护方便等特点。其不足之处 在于目前大多数温室无线监控系统，都以单个的数字网络化传感器为节点。大量的无线传 感器节点，一方面提高了温室监控系统的成本，同时，也使无线传感器网络搭建和维护难度 提高，经常会由于“跳点”和“死点”等问题造成通信故障，影响温室正常的监控工作。目前，我国研制的具有互联网远程检测和控制功能的控制系统，其存在的问题主 要表现在控制系统大多以PC机或大型工控机作为服务器，服务器不仅实现远程监控功 能，还承担着现场数据的分析处理和温室执行机构的控制功能，而且服务器系统价格非常 昂贵，服务器一旦出现故障，现场控制工作就将陷于瘫痪状况。我国温室主要分布在城市周边相对富裕的城乡结合部区域，大多是用于花卉养殖 和良种育苗的4000平方米左右的中小型温室。这些温室需要控制性能可靠的控制系统，用 科学的手段调节温室的微气候环境，提高作物的品质和产量。然而，由于资金有限，使以大 型工控机为主控系统的温室控制装置难以推广使用。
实用新型内容本实用新型克服了现有技术中的不足，提供一种基于无线通信技术的温室远程控 制装置。为了解决上述存在的技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的一种基 于无线通信技术的温室远程控制装置，它包括局部区域现场控制系统、无线通信模块和嵌入式服务器系统，局部区域现场控制系统通过其上的SPI通信接口与无线通信模块连接， 嵌入式服务器系统与无线通信模块通过嵌入式服务器系统的SPI通信接口连接；所述的局部区域现场控制系统包括主控制模块、SPI通信接口、传感器、用户手 动控制键盘、LCD液晶显示屏、扩展接口、报警器、大电流驱动芯片、强电驱动设备和执行机 构；主控制模块用于接收、存储和分析温室局部区域环境数据并向执行机构发送命令，主控 制模块分别与用户手动控制键盘、LCD液晶显示屏、扩展接口、报警器和大电流驱动芯片连 接；主控制模块通过SPI通信接口与无线通信模块连接；传感器用于温室环境数据采集，传 感器直接与主控制模块的核心处理器的ADC转换电路进行通信；大电流驱动芯片引出的扩 展接口与强电驱动设备连接，强电驱动设备用于直接驱动执行机构，执行机构用于温室环 境调节；所述的无线通信模块包括核心处理模块、SPI通信接口和外置天线，核心处理模 块通过SPI通信方式与局部区域现场控制系统和嵌入式服务器系统通信；所述的嵌入式服务器系统包括服务器核心系统、IOM和100M网络接口、GPRS设 备和SPI通信接口，服务器核心系统通过IOM和100M网口接入互联网并通过RS232接口与 GPRS设备的RS232接口连接进行通信和通过GPRS设备利用GPRS无线网络发送短信；服务 器核心系统通过SPI通信接口与无线通信模块进行SPI通信，实现数据的无线接收以及控 制指令的无线发送。所述的传感器包括空气温度传感器、空气湿度传感器、光照强度传感器和(X)2浓 度传感器。所述的执行机构包括温室加热系统、遮阳系统、通风系统、湿帘风机系统或灌溉 系统。由于采用上述技术方案，本实用新型提供的基于无线通信技术的温室远程控制装 置具有这样的有益效果，空气温度、空气湿度、光照强度和(X)2浓度采用普通模拟信号传感 器采集，将局部区域采集到的数据通过无线方式向嵌入式服务器系统发送，解决了传统控 制装置布置总线困难的问题。采用普通模拟信号传感器不仅降低了成本、降低了开发难度， 同时大大减少了无线节点的数量，有效地避免了“跳点”和“死点”等无线传感器网络中经常 出现的问题。利用嵌入式服务器系统取代传统的PC机或工控机服务器，降低了服务器的成 本，同时将远程短信监控和浏览网页监控的监控方式相结合，达到非常好的远程监控效果。 嵌入式服务器系统和各个区域的局部区域现场控制系统相对独立，不会因为单个模块故障 导致整个系统瘫痪，可靠性高。局部区域现场控制系统利用专家知识控制，同时系统具有超 限报警的功能，提醒温室管理人员采取相应的措施手动调节温室环境条件，将温室的智能 自动控制与管理人员经验调节控制相结合，控制精度高，特别适于在中小型温室中推广和 应用。
图1是基于无线通信技术的温室远程控制装置的示意图。图中标号1为局部区域现场控制系统，2为无线通信模块，3为嵌入式服务器系 统，4为远程监控人员。图2是本实用新型的局部区域现场控制系统的连接框图；[0018]图3是本实用新型的嵌入式服务器系统连接框图；图4是本实用新型的无线通信模块的连接框图；图5是局部区域现场控制系统与无线通信模块进行SPI通信的SPI通信接口电路 图。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施方式
对本实用新型作进一步详细描述如图1所示，一种基于无线通信技术的温室远程控制装置包括局部区域现场 控制系统、无线通信模块和嵌入式服务器系统；如图2所示，局部区域现场控制系统包 括主控制模块、SPI通信接口、传感器、用户手动控制键盘、LCD液晶显示屏、扩展接 口、报警器、大电流驱动芯片、强电驱动设备和执行机构；主控制模块的核心处理器为 Atmegal28-16AC单片机，用于接收、存储和分析温室局部区域环境数据并向执行机构发送 命令，Atmegal28-16AC单片机分别与用户手动控制键盘、LCD液晶显示屏、扩展接口、报警 器和大电流驱动芯片连接，并通过SPI通信接口与无线通信模块连接；传感器包括空气温 度传感器、空气湿度传感器、光照强度传感器和CO2浓度传感器，用于温室环境数据采集，它 们直接与主控制模块核心处理器Atmegal28-16AC单片机的ADC转换电路进行通信；大电 流驱动芯片为ULN2003大电流驱动芯片，执行机构用于温室环境调节，执行机构包括温室 加热系统、遮阳系统、通风系统、湿帘风机系统或灌溉系统；ULN2003大电流驱动芯片引出 的扩展接口与强电驱动设备连接，强电驱动设备连接温室加热系统、遮阳系统、通风系统、 湿帘风机系统或灌溉系统等执行机构，并驱动执行机构工作；如图4所示，无线通信模块包 括核心处理模块、外接天线和SPI通信接口，核心处理模块为nRF905无线数据通讯模块， 它通过SPI通信方式与局部区域现场控制系统和嵌入式服务器系统通信；如图3所示，嵌入 式服务器系统包括服务器核心系统、IOM和100M网络接口、RS232接口、GPRS设备和SPI通 信接口，核心处理器为ARM9系列的32位单片机S3C2440，单片机S3C2440通过IOM和100M 网口接入互联网并通过RS232接口与GPRS设备的RS232接口连接进行通信和通过GPRS设 备利用GPRS无线网络发送短信，单片机S3C2440通过SPI通信接口与无线通信模块进行 SPI通信，实现数据的无线接收以及控制指令的无线发送。如图5所示，局部区域现场控制系统的主控制模块采用5V直流稳压电源供电，而 nRF905无线数据通讯模块的工作电压为3. 3V，因此通过74LVC4245芯片实现5V到3. 3V的 电压转换。无线通信模块与局部区域主控制模块的Atmegal28-16AC单片机通过SPI通信 接口连接，采用4线SPI模式Atmegal28-16AC单片机为主机，MOSI为主机输出从机输入， MISO为主机输入从机输出，SCK为串行时钟信号，CSN为片选信号，其余引脚均为控制引脚， 无线通信模块的6号引脚CD与Atmegal28-16AC单片机PB7引脚连接。本实施例的工作过程当局部区域主控制模块上电后，通过外接的传感器采集温室的空气温度、空气湿 度、光照强度和空气中(X)2浓度等环境数据，所采集的数据经过局部区域现场控制系统的主 控制模块核心处理器内部的专家程序分析处理，当传感器采集到的环境数据超出专家程序 设定的界限值的上限(或下限)时，局部区域主控制模块上的警报器自动响起，同时局部区 域主控制模块向对应的强电驱动设备发送控制命令，由强电驱动设备驱动对应的执行机构工作，从而实现温室的智能控制。局部区域现场控制系统将采集到的数据利用局部区域主控制模块上的LCD液晶 显示屏显示出来，供温室现场工作人员参考。当温室现场的工作人员发现执行机构的自动 工作不符合温室环境的调节要求时，通过局部区域主控制模块上的控制键盘向对应的强电 驱动设备发送控制指令，从而驱动相应的执行机构工作，人为调节执行机构的工作。同时，局部区域现场控制系统将采集到的数据，通过与局部区域主控制模块进行 SPI通信的无线通信模块，利用无线通信的方式发送给嵌入式服务器系统。嵌入式服务器系 统通过与服务器核心系统进行SPI通信的无线通信模块，接收局部区域控制系统发送的温 室环境数据。嵌入式服务器系统将接收的温室环境数据通过GPRS设备利用GPRS无线网络， 向远程管理人员发送关于温室紧急预警情况的短信，远程管理人员在远端通过互联网浏览 服务器系统的网页，监控温室工作情况，并且对执行机构工作情况进行控制。
权利要求1.一种基于无线通信技术的温室远程控制装置，其特征在于它包括局部区域现场控 制系统、无线通信模块和嵌入式服务器系统，局部区域现场控制系统通过其上的SPI通信 接口与无线通信模块连接，嵌入式服务器系统与无线通信模块通过嵌入式服务器系统的 SPI通信接口连接；所述的局部区域现场控制系统包括主控制模块、SPI通信接口、传感 器、用户手动控制键盘、IXD液晶显示屏、扩展接口、报警器、大电流驱动芯片、强电驱动设备 和执行机构；主控制模块用于接收、存储和分析温室局部区域环境数据并向执行机构发送 命令，主控制模块分别与用户手动控制键盘、LCD液晶显示屏、扩展接口、报警器和大电流驱 动芯片连接；主控制模块通过SPI通信接口与无线通信模块连接；传感器用于温室环境数 据采集，传感器直接与主控制模块的核心处理器的ADC转换电路进行通信；大电流驱动芯 片引出的扩展接口与强电驱动设备连接，强电驱动设备用于直接驱动执行机构，执行机构 用于温室环境调节；所述的无线通信模块包括核心处理模块、SPI通信接口和外置天线， 核心处理模块通过SPI通信方式与局部区域现场控制系统和嵌入式服务器系统通信；所述 的嵌入式服务器系统包括服务器核心系统、IOM和100M网络接口、GPRS设备和SPI通信接 口，服务器核心系统通过IOM和100M网口接入互联网并通过RS232接口与GPRS设备RS232 接口连接进行通信和通过GPRS设备发送短信；服务器核心系统通过SPI通信接口与无线通 信模块进行SPI通信，实现数据的无线接收以及控制指令的无线发送。
2.根据权利要求1所述的基于无线通信技术的温室远程控制装置，其特征在于所述 的传感器包括空气温度传感器、空气湿度传感器、光照强度传感器和CO2浓度传感器。
3.根据权利要求1所述的基于无线通信技术的温室远程控制装置，其特征在于所述 的执行机构包括温室加热系统、遮阳系统、通风系统、湿帘风机系统或灌溉系统。
专利摘要本实用新型公开了一种旨在提供一种成本低、可靠性高的基于无线通信技术的温室远程控制装置。其技术方案的要点是，它包括局部区域现场控制系统、无线通信模块和嵌入式服务器系统，局部区域现场控制系统通过其上的SPI通信接口与无线通信模块连接，嵌入式服务器系统与无线通信模块通过嵌入式服务器系统的SPI通信接口连接。本实用新型将局部区域采集到的数据通过无线方式向嵌入式服务器系统发送，解决了传统控制装置布置总线困难的问题。本实用新型的特别适于在中小型温室中推广和应用。
文档编号G05B19/418GK201828814SQ20102021651
公开日2011年5月11日 申请日期2010年6月1日 优先权日2010年6月1日
发明者李仕华, 王志松, 赵永科, 郝琪 申请人:燕山大学