一种日光农作温室二氧化碳气肥调控装置的制作方法

本实用新型涉及一种农作温室调控装置，特别是涉及一种日光农作温室二氧化碳气肥调控装置。

背景技术：

日光温室大棚内的农作物在生长过程中，二氧化碳是不可缺少的光合作用的原料，合理适时施用CO₂气肥是提高农作物产量和品质的重要手段。现有的温室大棚主要通过控制温度、湿度和光照来达到增产目的，而忽略了CO₂气肥在农作物生长过程中的重要作用。目前市场上电加热型二氧化碳气肥发生器多采用开环定时控制，控制效果不够理想，从而影响农作物的产量。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种日光农作温室二氧化碳气肥调控装置，本实用新型装置将无线传感器网络技术和PLC技术应用到日光温室二氧化碳气肥调控中，抗干扰能力强、对CO₂浓度控制效果好。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种日光温室二氧化碳气肥调控装置，由参数采集节点、温室CO₂气肥调控单元组成。参数采集节点通过ZigBee网络与温室CO₂气肥调控单元相连。参数采集节点有一个长方形外壳，在参数采集节点外壳上方装有一个ZigBee天线接线凹槽，在参数采集节点外壳的一个侧面上装有CO₂浓度传感器接线凹槽、土壤温度传感器接线凹槽、土壤湿度传感器接线凹槽、光照强度传感器接线凹槽。在参数采集节点外壳内装有一块参数采集电路板。该参数采集电路板由信号调理电路、主处理器电路、射频驱动电路以及电源电路组成。该参数采集电路板上的信号调理电路由阻容器件组成，负责对传感器信号进行调理。该参数采集电路板的信号调理电路上设有CO₂浓度传感器接线端子、土壤温度传感器接线端子、土壤湿度传感器接线端子、光照强度传感器接线端子。所述CO₂浓度传感器接线端子、土壤温度传感器接线端子、土壤湿度传感器接线端子、光照强度传感器接线端子分别通过信号线与参数采集节点外壳上的CO₂浓度传感器接线凹槽、土壤温度传感器接线凹槽、土壤湿度传感器接线凹槽、光照强度传感器接线凹槽相连。所述CO₂浓度传感器接线凹槽、土壤温度传感器接线凹槽、土壤湿度传感器接线凹槽、光照强度传感器接线凹槽分别通过信号线与安装于温室中的CO₂浓度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、光照强度传感器相连。该参数采集电路板上的主处理器电路由处理器芯片MSP430F448及其外围电路组成，负责采集并处理传感器所检测到的CO₂浓度数据、土壤温度数据、土壤湿度数据、光照强度数据。该参数采集电路板上的射频驱动电路由芯片MC13213以及外围电路组成，负责ZigBee网络数据传输。该参数采集电路板上的射频驱动电路上设有1个ZigBee天线接线端子，该ZigBee天线接线端子通过ZigBee高频线与参数采集节点外壳上方的ZigBee天线接线凹槽相连，所述参数采集节点外壳上方的ZigBee天线接线凹槽与ZigBee天线相连。所述温室CO₂气肥调控单元有一个长方形外壳，在温室CO₂气肥调控单元外壳上方设有1个ZigBee天线接线凹槽。在温室CO₂气肥调控单元外壳的一个侧面上装有液晶显示屏、CO₂气肥发生器开关接线凹槽、风机开关接线凹槽、停止按键、启动按键。在温室CO2气肥调控单元外壳内的控制电路包括：S7-1211C PLC、通信接口电路、主处理器电路、ZigBee通信电路。该控制电路的主处理器电路由处理器芯片MSP430F448及其外围电路组成，负责ZigBee通信控制和RS485通信控制，能将各个参数采集节点的数据进行汇集，通过通信接口电路将数据传送到S7-1211C PLC。所述S7-1211C PLC通过其内部的接线端子，分别与CO₂气肥发生器开关接线凹槽、风机开关接线凹槽、停止按键、启动按键相连。所述CO₂气肥发生器开关接线凹槽、风机开关接线凹槽分别通过控制线与外部的CO₂气肥发生器开关、风机开关相连。该温室CO₂气肥调控单元控制电路的ZigBee通信电路由射频驱动电路芯片MC13213及其外围电路组成，负责与各个参数采集节点进行通信。该ZigBee通信电路上设有1个ZigBee天线接线端子，通过ZigBee高频线与温室CO₂气肥调控单元外壳上方的ZigBee天线接线凹槽相连，所述温室CO₂气肥调控单元外壳上方的ZigBee天线接线凹槽与温室CO₂气肥调控单元ZigBee天线通过ZigBee高频线相连。该温室CO₂气肥调控单元的通信接口电路上设有1个RS485接线端子，通过RS485通信线与S7-1211C PLC的RS485通信端口相连。所述S7-1211C PLC通过工业以太网与液晶显示屏相连。

本实用新型的工作原理如下：

按下启动按键，温室CO₂气肥调控单元开始工作。每个参数采集节点通过其所连接的CO₂浓度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、光照强度传感器，将所采集的温室CO₂浓度信号、土壤温度信号、土壤湿度信号、光照强度信号经信号调理电路的处理后，送入主处理器MSP430F448。主处理器MSP430F448对采集的数据作线性化、温度补偿、数据打包、存储等处理后送射频驱动电路，所述射频驱动电路将数据按照节点间数据通信协议传输给温室CO₂气肥调控单元。所述温室CO₂气肥调控单元将各个参数采集节点所采集的数据通过主处理器MSP430F448处理后，经接口电路传送给S7-1211C PLC。所述S7-1211C PLC对数据进行汇集、处理、分析后，发出控制信号，对CO₂气肥发生器开关、风机开关进行控制，从而调节温室的CO₂气肥浓度。S7-1211C PLC还将CO₂浓度信号显示在液晶显示屏上。同时也可通过温室CO₂气肥调控单元对参数采集节点发送命令，控制单个或所有参数采集节点进行采样，重组网和查找历史数据等操作。按下停止按键，温室CO₂气肥调控单元停止工作。

本实用新型的优点与效果是：

本实用新型采用MSP430F448处理器芯片作为温室参数采集节点的主处理器芯片，采用MC13213芯片作为射频驱动电路，采用S7-1211C PLC来控制CO₂气肥发生器开关、风机开关，所以，本系统工作稳定，抗干扰能力强，控制效果较好。

附图说明

图1为系统结构示意图；

图2为参数采集节点外部结构示意图；

图3为温室CO₂气肥调控单元外部结构示意图；

图4为参数采集节点电路结构示意图；

图5为温室CO₂气肥调控单元电路结构示意图。

图中标号说明：1、参数采集节点ZigBee天线，2、参数采集节点ZigBee天线接线凹槽，3、参数采集节点外壳，4、CO₂浓度传感器接线凹槽，5、土壤温度传感器接线凹槽，6、土壤湿度传感器接线凹槽，7、光照强度传感器接线凹槽。图3中标号说明：8、调控单元ZigBee天线，9、调控单元ZigBee天线接线凹槽，10、温室CO₂气肥调控单元外壳，11、液晶显示屏，12、CO₂气肥发生器开关接线凹槽，13、风机开关接线凹槽，14、停止按键，15、启动按键。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本实用新型进行详细说明。

见图1，本实用新型包括：参数采集节点、温室CO₂气肥调控单元。

见图2，参数采集节点外部结构包括：参数采集节点ZigBee天线1、参数采集节点ZigBee天线接线凹槽2、参数采集节点外壳3、CO₂浓度传感器接线凹槽4、土壤温度传感器接线凹槽5、土壤湿度传感器接线凹槽6、光照强度传感器接线凹槽7。

见图3，温室CO₂气肥调控单元外部结构包括：调控单元ZigBee天线8、调控单元ZigBee天线接线凹槽9、温室CO₂气肥调控单元外壳10、液晶显示屏11、CO₂气肥发生器开关接线凹槽12、风机开关接线凹槽13、停止按键14、启动按键15。

见图4，参数采集节点电路包括：信号调理电路、主处理器电路MSP430F448、射频驱动电路MC13213以及电源电路。

见图5，温室CO₂气肥调控单元电路包括：S7-1211C PLC、通信接口电路、主处理器电路MSP430F448、射频驱动电路MC13213以及电源电路组成。

参数采集节点有一个长方形外壳3，在参数采集节点外壳3上方装有一个ZigBee天线接线凹槽2，在参数采集节点外壳3的一个侧面上装有CO₂浓度传感器接线凹槽4、土壤温度传感器接线凹槽5、土壤湿度传感器接线凹槽6、光照强度传感器接线凹槽7。在参数采集节点外壳3内装有一块参数采集电路板。该参数采集电路板由信号调理电路、主处理器电路、射频驱动电路以及电源电路组成。该参数采集电路板上的信号调理电路由阻容器件组成，负责对传感器信号进行调理。该参数采集电路板的信号调理电路上设有CO₂浓度传感器接线端子、土壤温度传感器接线端子、土壤湿度传感器接线端子、光照强度传感器接线端子。所述CO₂浓度传感器接线端子、土壤温度传感器接线端子、土壤湿度传感器接线端子、光照强度传感器接线端子分别通过信号线与参数采集节点外壳3上的CO₂浓度传感器接线凹槽4、土壤温度传感器接线凹槽5、土壤湿度传感器接线凹槽6、光照强度传感器接线凹槽7相连。所述CO₂浓度传感器接线凹槽4、土壤温度传感器接线凹槽5、土壤湿度传感器接线凹槽6、光照强度传感器接线凹槽7分别通过信号线与安装于温室中的CO₂浓度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、光照强度传感器相连。该参数采集电路板上的主处理器电路由处理器芯片MSP430F448及其外围电路组成，负责采集并处理传感器所检测到的CO₂浓度数据、土壤温度数据、土壤湿度数据、光照强度数据。该参数采集电路板上的射频驱动电路由芯片MC13213以及外围电路组成，负责ZigBee网络数据传输。该参数采集电路板上的射频驱动电路上设有1个ZigBee天线接线端子，该ZigBee天线接线端子通过ZigBee高频线与参数采集节点外壳3上方的ZigBee天线接线凹槽2相连，所述参数采集节点外壳3上方的ZigBee天线接线凹槽2与ZigBee天线1相连。所述温室CO₂气肥调控单元有一个长方形外壳10，在温室CO₂气肥调控单元外壳10上方设有1个ZigBee天线接线凹槽9。在温室CO₂气肥调控单元外壳10的一个侧面上装有液晶显示屏11、CO₂气肥发生器开关接线凹槽12、风机开关接线凹槽13、停止按键14、启动按键15。在温室CO2气肥调控单元外壳10内的控制电路包括：S7-1211C PLC、通信接口电路、主处理器电路、ZigBee通信电路。该控制电路的主处理器电路由处理器芯片MSP430F448及其外围电路组成，负责ZigBee通信控制和RS485通信控制，能将各个参数采集节点的数据进行汇集，通过通信接口电路将数据传送到S7-1211C PLC。所述S7-1211C PLC通过其内部的接线端子，分别与CO₂气肥发生器开关接线凹槽12、风机开关接线凹槽13、停止按键14、启动按键15相连。所述CO₂气肥发生器开关接线凹槽12、风机开关接线凹槽13分别通过控制线与外部的CO₂气肥发生器开关、风机开关相连。该温室CO₂气肥调控单元控制电路的ZigBee通信电路由射频驱动电路芯片MC13213及其外围电路组成，负责与各个参数采集节点进行通信。该ZigBee通信电路上设有1个ZigBee天线接线端子，通过ZigBee高频线与温室CO₂气肥调控单元外壳10上方的ZigBee天线接线凹槽9相连，所述温室CO₂气肥调控单元外壳10上方的ZigBee天线接线凹槽9与温室CO₂气肥调控单元ZigBee天线8通过ZigBee高频线相连。该温室CO₂气肥调控单元的通信接口电路上设有1个RS485接线端子，通过RS485通信线与S7-1211C PLC的RS485通信端口相连。所述S7-1211C PLC通过工业以太网与液晶显示屏11相连。

按下启动按键15，温室CO₂气肥调控单元开始工作。每个参数采集节点通过其所连接的CO₂浓度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、光照强度传感器，将所采集的温室CO₂浓度信号、土壤温度信号、土壤湿度信号、光照强度信号经信号调理电路的处理后，送入主处理器MSP430F448。主处理器MSP430F448对采集的数据作线性化、温度补偿、数据打包、存储等处理后送射频驱动电路，所述射频驱动电路将数据按照节点间数据通信协议传输给温室CO₂气肥调控单元。所述温室CO₂气肥调控单元将各个参数采集节点所采集的数据通过主处理器MSP430F448处理后，经接口电路传送给S7-1211C PLC。所述S7-1211C PLC对数据进行汇集、处理、分析后，发出控制信号，对CO₂气肥发生器开关、风机开关进行控制，从而调节温室的CO₂气肥浓度。S7-1211C PLC还将CO₂浓度信号显示在液晶显示屏11上。同时也可通过温室CO₂气肥调控单元对监测网络发送命令，控制单个或所有监测节点进行采样，重组网和查找历史数据等操作。按下停止按键14，温室CO₂气肥调控单元停止工作。