专利名称：基于ip模式的温室环境因子测试系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及温室测试系统技术领域，具体是指一种基于IP模式的温室环境因子测试系统。
背景技术：
智能温室系统是近年来逐步发展起来的一种资源节约型高效农业发展技术，它是在普通日光温室的基础上，结合现代计算机通信技术、智能传感技术等高科技手段发展起来的。随着现代农业生产的发展，温室农业生产过程中的各种嵌入式智能传感器、智能仪表和智能变送器正呈现出越来越明显的分布式发展趋势，温室测试系统不会再局限在某一测试点上的数据采集处理，而要求能够实现多点测量并实现各测量点间数据的相互交换、远程数据采集和集中处理。
为了满足这种大范围的对温室监控点进行多点测量和远程采集的需要，目前市场上有很多基于RS485工业总线的温室测试装置，但由于485总线采用4～20mA的模拟信号传输方式，这种方法精度低、抗干扰性差，传输距离有限，很难满足现代温室远程测试的需要。市场上除了采用485总线进行数据传输外，还有采用其他基于现场总线控制网络的温室测试系统。但由于现场总线的通信标准不一，各厂商的测试设备难以在不同的现场总线控制系统中兼容。
发明内容
本实用新型的目的就是为了解决现有技术中存在的不足之处，提供一种基于IP模式的具有高传输率、高可靠性、低成本、实现管理层和现场层的数据通信和无缝连接的温室环境因子测试系统。
本实用新型所述的一种基于IP模式的温室环境因子测试系统，通过下述技术方案实现该系统由环境因子传感模块、IP传感器、智能网络测试装置模块、电源模块和现场监控微机相互连接组成，其中，环境因子传感模块通过信号线与智能网络测试装置模块相电气连接，电源模块分别与环境因子传感模块、IP传感器、智能网络测试装置模块相电气连接，IP传感器、智能网络测试装置模块通过以太网交换机或集线器分别与现场监控微机相电气连接。
为了更好地实现本实用新型，所述环境因子传感模块由温湿传感子模块和二氧化碳传感子模块相互电气连接而成，温湿传感子模块、二氧化碳传感子模块还分别与智能网络测试装置模块相电气连接；所述智能网络测试装置模块包括按键输入及显示模块、信号处理模块、以太网通信模块，按键输入及显示模块、以太网通信模块分别通过信号线与信号处理模块相电气连接；所述电源模块为各模块电路提供5V输出电源。
近年来由于以太网技术的飞速发展，以太网交换机的出现开始革命性地解决了“不确定性”问题，“不确定性”问题的彻底解决扫清了以太网应用于实时性要求高的现场级控制网络的障碍，与现场总线网相比，基于TCP/IP网络技术的以太网具有强大的通信性能和低廉的综合成本，将以太网应用到现代温室测试系统中，能够有效的实现管理层和现场层的数据通信和无缝连接，组网方便，成本便宜。
基于IP模式的温室环境因子新型测试系统的工作原理是智能网络测试装置上电工作后，通过键盘操作可以设置测试装置各采集通道的开关状态。设置完成后，智能测试装置开始正常工作，环境因子传感模块实时检测环境中湿度、温度、二氧化碳浓度的大小，检测到的各参数数值就地数字化、频率化，转换成为相应的频率信号，并经由多路输入输出模块传送到信号处理模块中的单片机子模块进行处理。单片机采用测频测周方式测得频率大小，对采集到的数据进行相应的处理后可以得出环境因子的实际数值，将这些测量数据传送到LCD显示子模块进行实时数据显示，同时通过RS-232传送到以太网通信模块，对环境因子的数值进行TCP数据打包，然后将其通过以太网传送到现场的测试微机。测试中心的监控微机对各测量点的记录测量数据的动态走向图，并进行实时处理。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果1.本实用新型采用仪器集成与网络集成相结合的多传感集成方式，既能单机进行环境因子的集中测量，又能进行大范围、远距离测量和控制。
2.本实用新型传感模块的传感元件采用就地数字化、频率化的方式，与传统接入方式(如RS-232、RS-485等)相比较具有接入简单、抗干扰能力强、成本低的特点。
3.本实用新型采用软件同步双分界点的测频测周集成的高精度测频方法，大大提高了测频精度。
4.本实用新型的网络通信采用了基于TCP/IP的以太网方式，能够有效的实现管理层和现场层的数据通信和无缝连接，数据传输可靠，组网方便，成本较其它总线方式便宜；5.本实用新型基于Depli工具和TCP/IP多线程编程技术的通用测试平台界面友好直观，使用方便的特点，能够满足通用性的网络化的测试要求。
图1是本实用新型的结构方框图；图2是本实用新型智能网络测试装置模块的结构方框图；图3是本实用新型智能网络测试装置模块的工作流程图；图4是本实用新型环境因子传感模块中温湿传感子模块的电路原理图；图5是本实用新型环境因子传感模块中二氧化碳传感子模块的电路原理图；图6是本实用新型智能网络测试装置模块中按键输入及显示模块的电路原理图；图7是本实用新型智能网络测试装置模块中信号处理模块的电路原理图；图8是本实用新型智能网络测试装置模块中以太网通信模块的电路原理图；图9是本实用新型现场监测微机中分布式测试平台的TCP/IP多线程通信关系图；图10是本实用新型现场监测微机中分布式软件监控终端的参数动态显示示意图；图11是本实用新型现场监测微机中分布式软件监控终端的参数动态走向示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型作进一步详细的描述。但本实用新型的实施方式并不限于此。
如图1所示，本实用新型由环境因子传感模块、IP传感器、智能网络测试装置模块、电源模块和现场监控微机相互连接组成，其中，环境因子传感模块通过信号线与智能网络测试装置模块相电气连接，电源模块分别与环境因子传感模块、IP传感器、智能网络测试装置模块相电气连接，IP传感器、智能网络测试装置模块通过以太网交换机或集线器分别与现场监控微机相电气连接。环境因子传感模块采用就地数字化、频率化的方式把传感元件的模拟信号转变成频率信号，并与智能网络测试装置模块电气连接；电源模块则直接跟各大硬件模块相连接，为各大模块提供+5V电压。IP传感器是一些具有以太网接口、采用TCP/IP协议进行通信的通用传感器(例如DS1621温度IP传感器)，可以直接连接以太网，通过简单的配置即可迅速成为测控平台新的一部分。
如图2所示，智能网络测试装置模块中，按键输入及显示模块、以太网通信模块均与信号处理模块相电气连接。
如图3所示，智能网络测试装置模块的工作主程序主要完成系统初始化、开机自检、对各输入通道进行信号采集，然后进行数据处理，上下限判断，动态自检，结果显示和以太网通信等任务。其中，开机自检主要包括LCD显示子模块、外部RAM、EEPROM检测。
如图4和5所示，环境因子传感模块由温湿传感子模块和二氧化碳传感子模块相互电气连接而成，温湿传感子模块由两个555定时器构成的多谐振荡电路，分别把湿敏元件的电阻RH随湿度的变化以及热敏电阻的阻值RT随温度的变化转化为两路频率信号；由于CO2并不是浓度随阻值变化而变化，与湿温器件有所不同，因此需要先把传感信号经放大、过滤、截取、放大再通过A/D转换变为数字信号，最后转为频率信号；最终所有频率信号分别通过光电耦合器件进行光电隔离和通道选择，输入信号处理模块。
如图6所示，智能网络测试装置模块中，按键输入及显示模块主要由键盘、LCD显示屏、LCD控制器和显示存储器等4部分组成，LCD控制器是显示系统的控制中枢，它接收微机送来的控制命令，对命令进行分析，并控制显示系统中各部分协同完成该命令。本实施例选用Truly公司的G12864液晶显示器，内置两片HD61202驱动器，G12864液晶显示器与单片机采用间接接口的接法，由六个P1的I/O口作为液晶的控制线，该方法占用的I/O口较多，但速度快、编程较简单。按键输入主要提供系统参数的现场设置功能，键盘有四个独立式功能按键，再加上一个复位键。独立式按键是指直接用I/O口线构成单个按键电路，每个独立式按键需单独占用一根I/O线，每根I/O口线上的按键工作状态不会影响其它口线的工作状态。因单片机的I/O口资源有限，故扩展一片74LS244作为开关量和4个按键的输入口，4个按键接74LS244输入低4位，把所有按键连接到或非门(74LS260)，或非后接到单片机的外部中断口INT1。这样，如果任一按键按下，便会在外部中断口INT1产生低电平，从而进入中断程序，再通过查询以确定按下的是哪些键。
如图7所示，智能网络测试装置模块中，信号处理模块以微处理器为核心，主要完成A/D转换、数字信号处理(如数字滤波、非线性补偿、自诊断)和数据输出调度(选择数据远程输出还是本地输出等)。从智能传感器高可靠性、低功耗、微体积等特点来考虑，选用Winbond公司的W78E58单片机，信号处理模块还包括了一个AT24C64串行EEPROM芯片和一个片外数据存储器6264。
如图8所示，智能网络测试装置模块中，以太网通信模块用来实现本地数据的远程传送及接收远程控制命令等。在这里，我们采用的是在PC上广泛使用的TCP/IP协议，TCP/IP协议具有开放性、低成本，高速度，高可靠性等特点，连网方便。实现网络接口的方式一般有两种软件方式和硬件方式。软件方式是开发者将TCP/IP协议嵌入到特定的芯片中，这种方法的优点是成本低，但实现较麻烦；硬件方式是直接使用已经嵌入了TCP/IP协议的芯片，使用这些芯片操作简单，使用方便，但成本太高。综合考虑实现的方便性及设备的成本问题，本实施例的以太网通信模块采用的是软、硬件结合的方式，即把TCP/IP协议写入到单片机中，用单片机驱动8029芯片的网卡，用单片机实现的是简化的TCP/IP协议。该以太网通信模块采用了Winbond公司的W78E58单片机，PCI总线接口由CPLD芯片EPM7128实现，通信控制器则采用8029芯片PCI网卡，串行EEPROM芯片采用AT24C64，片外数据存储器采用6264。其中，单片机负责把从串口收到的数据封装成IP包，经PCI总线传送到以太网接口8029芯片，再转发到现场以太网。CPLD芯片EPM7128主要是充当信息中转的角色，使得单片机能够与PCI总线的RTL8029以太网卡进行通讯。通信控制器RTL8029以太网卡是TCP/IP接口模块构成的核心部分，是主机与网络相连接的通路，它承担着网络结点控制工作的主要任务，负责传输介质的管理和提供链路层规范的硬件环境。片外数据存储器6264负责存储程序运行过程中的临时数据。串行EEPROM芯片AT24C64用于保存系统设置参数，如本机IP地址，网关地址等。
如图9所示，分布式软件系统包括了通信内核模块和监控终端模块，监控终端模块由通信内核模块建立通信，统一调度。所述软件系统采用Dephi工具和TCP/IP多线程编程技术来开发内核模块和终端监控模块。分布式软件采用Dephi6.0作为开发平台，实时核心模块的网络功能是由Dephi6.0自带的Socket组件来实现的，Socket套接字用来实现TCP/IP网络上不同计算机或相同计算机的不同应用程序之间可靠的、双向的、点到点的基于流的连接。模型中的主线程处理用户的操作、图形界面的更新、软件的初始化以及服务器线程的建立与管理，服务器线程监听连接、为每个连接请求建立独立的通信线程，每个通信线程负责其自身连接的实际通信处理。某个线程的运行与暂停并不会影响到其他线程的运行，线程间通过消息与某些共享的变量交换信息。
接收到远程测试装置传送过来的数据后，该软件将在主界面上动态显示远程装置的8个测量通道测量数值以及其开关状态如图10所示。当远程测试装置传来某通道数据时，若相应通道的测量结果在设置的上下限范围内，表明系统正常运行，相应通道的模拟指示灯显示高亮绿色，如果测量结果超过报警上下限值，模拟指示灯将变红色报警。同时为了反映温室环境因子参数的运动走向，监控终端还提供了参数的动态走向图，例如图11，记录的是温度的动态走向图，监控终端不但可以监控各项参数还可以预测运动走向。
如上所述，即可较好地实现本实用新型。
权利要求1.基于IP模式的温室环境因子测试系统，其特征是，它由环境因子传感模块、IP传感器、智能网络测试装置模块、电源模块和现场监控微机相互连接组成，其中，环境因子传感模块通过信号线与智能网络测试装置模块相电气连接，电源模块分别与环境因子传感模块、IP传感器、智能网络测试装置模块相电气连接，IP传感器、智能网络测试装置模块通过以太网交换机或集线器分别与现场监控微机相电气连接。
2.根据权利要求1所述的基于IP模式的温室环境因子测试系统，其特征是，所述环境因子传感模块由温湿传感子模块和二氧化碳传感子模块相互电气连接而成，温湿传感子模块、二氧化碳传感子模块还分别与智能网络测试装置模块相电气连接。
3.根据权利要求1所述的基于IP模式的温室环境因子测试系统，其特征是，所述智能网络测试装置模块包括按键输入及显示模块、信号处理模块、以太网通信模块，按键输入及显示模块、以太网通信模块分别通过信号线与信号处理模块相电气连接。
专利摘要本实用新型是一种基于IP模式的温室环境因子测试系统，它由环境因子传感模块、IP传感器、智能网络测试装置模块、电源模块和现场监控微机相互连接组成，其中，环境因子传感模块通过信号线与智能网络测试装置模块相电气连接，电源模块分别与环境因子传感模块、IP传感器、智能网络测试装置模块相电气连接，IP传感器、智能网络测试装置模块通过以太网交换机或集线器分别与现场监控微机相电气连接。本实用新型数据传送方便准确，温室因子的测量精确度高，能够有效的实现管理层和现场层的数据通信和无缝连接，可以轻松实现多点测量并实现各测量点间数据的相互交换和远程数据采集，使用范围较广。
文档编号A01G9/00GK2696306SQ200320119
公开日2005年5月4日 申请日期2003年12月12日 优先权日2003年12月12日
发明者刘桂雄, 方晓东, 洪晓斌 申请人:华南理工大学