专利名称：基于rs485总线的温室环境控制通讯控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型属设施农业领域，具体涉及一种可脱机工作、高可靠性的基于RS485总线的温室环境控制通讯控制器。
背景技术：
设施农业是依靠科技进步而形成的高新技术产业，是农业工程学科中最具典型的分支学科。它是传统农业走向现代农业的重要基础，是农业实现大规模商品化、现代化的集中体现，是农业实现高产、优质、高效的有效措施，也是提供新鲜农产品的重要技术措施。在21世纪，设施农业将成为最具活力的农业新产业。
我国目前除一些大城市近郊外，蔬菜设施一般都是因地制宜、就地取材建立的简易保护设施，抵御自然灾害能力和耐久性差，在低温、霜冻、台风、高温期间栽培作物常受伤害，在一定程度上仍受制于自然环境的影响，安全性、增产、增收的稳定性得不到保障。设施内作业以手工为主，按照传统的作业方式和经验进行管理。一些自动化、机械化、智能化环境调控技术等现代高新技术还刚刚起步，工作效率低，作业环境差，产量水平低，产品质量满足不了市场的需求。与发达国家相比，我国的现代设施农业水平还有较大差距，尤其是在高、中档温室中，能真正达到温室环境综合控制要求的计算机控制系统基本上靠引进。
目前所使用的基于计算机的温室环境的控制系统具有代表性的有集中式控制系统、集散式控制系统等。
集中式控制系统就是用一台计算机(一般采用工控机)通过安装在其中的数字量输入输出板卡、模拟量输入输出板卡等通过隔离、放大或驱动后直接和被控对象执行机构、传感器等相连，具有运算速度快、运算能力强等优点，但对计算机的可靠性要求高。在温室控制中适合于控制点数集中、规模小、控制机房和温室距离近的场合。控制计算机完成对各温室环境因子以及室外气象的信息采集，然后根据相应的控制算法，操作各执行机构完成温室环境的自动调控。各温室与中央控制单元采用直接电缆连接。当温室数量少时可以采用这种方案，而温室数量较多时就会有明显的局限性，主要表现在当计算机发生故障时，整个系统就会发生瘫痪，在温室控制对象增加的情况下，用于数字I/O信号、模拟量信号传输的信号线将大大增加，由于所有的控制线及信号线都要接到中央控制室，使得安装、调试和维护很困难，且成本也将大幅度上升。如果需要在系统中添加温室数量，则工控板卡如I/O板卡、模拟量采样板卡等，以及系统软件都需要作较大的调整，其扩展能力较差。
集散式控制系统又称分布式控制系统，可以实现多层次功能如控制层、监督控制层、决策管理层和计划调度层等，它采用一个或多个控制单元对回路进行控制，其控制回路分散到一些控制板一级的节点上，每个控制节点又有多个回路。因而具有控制分散和信息集中、高度的灵活性和可扩展性、较强的数据通信能力、友好而丰富的人机联系、极高的可靠性等优点，这使其得到了广泛的应用。在温室环境调控领域，一般采用计算机内加装通讯卡，通过通讯总线与各温室环境控制器、室外气象站等连接，各温室环境控制器在本地完成相应的执行机构控制、数据采集任务。此种方式也有一定的局限性当计算机发生故障时，整个系统的调度(如获取室外气象站的气象信息)就会出现问题；计算机需要频繁与各温室环境控制器等通讯，计算机的通讯工作量较大，其它管理工作的工作效率受到影响。
发明内容
本实用新型的目的在于提出一种可脱机工作、可靠性高、可扩展性好、使用的传输线较少的基于RS485总线的温室环境控制通讯控制器。
本实用新型提出的基于RS485总线的温室环境控制通讯控制器，由数据通讯控制CPU1、实时时钟模块2、数据存储FLASH模块3、计算机通讯模块4、温室控制器通讯模块5、工作指示灯6、拨码开关7等组成，其结构如图1所示。其中，数据通讯控制CPU1通过地址数据总线与实时时钟模块2相联，数据通讯控制CPU1通过IO端口C与数据存储FLASH模块3相联，数据通讯控制CPU1通过串行通讯口A与计算机通讯模块4相联，数据通讯控制CPU1通过串行通讯口B与温室通讯模块5相联，数据通讯控制CPU1通过IO端口D与工作指示灯6相联，数据通讯控制CPU1通过IO端口E与拨码开关7相联。
本实用新型中，数据通讯控制CPU1是整个控制器的核心处理单元，它负责完成其它各个模块的调度和功能实现。其最大的特点是，它封装了所有与温室控制器、室外气象站等通讯的通讯协议，即使在计算机无法工作的情况下也能独立完成整个系统的控制、数据传输存储等功能，从而可脱机工作(计算机发生故障情况下，亦可独立运行)。这大大降低了装置对计算机的依赖，不仅最大程度减少了计算机用于数据通讯的工作量，也大大提高了装置的可靠性。
本实用新型中，实时时钟模块2为控制器提供实时时钟，掉电情况下，时钟仍可工作10年以上。特别是在控制器脱机工作时，利用其实时时钟数据，可以保证各种控制信息数据、采样数据的完整性。
本实用新型中，数据存储FLASH模块3为非易失性存储器，并有32Mbit的存储容量，主要用来存储各温室控制器的控制、采样信息记录，所存储数据在掉电后不会丢失。控制器脱机工作时，可存储大量温室运行记录数据，待计算机恢复正常后，通过读取这些存储的温室运行记录并上传，可保证温室运行数据的完整性。
本实用新型中，计算机通讯模块4与计算机构成RS232全双工数据通讯链路。计算机可通过此模块下发各种控制命令，控制器则将各种温室控制器控制、采样信息记录上传至计算机。
本实用新型中，温室通讯模块5与各温室控制器构成RS485半双工数据通讯链路。在多种串行接口标准中，RS485接口以其结构简单、通讯速率高、传输距离远、使用的传输线较少，在长距离通讯时比较经济等诸多优点得到了广泛应用。控制器可通过此模块下发各种控制命令并获得温室运行的记录数据。
本实用新型中，工作指示灯6用来指示控制器的各种工作状态。
本实用新型中，拨码开关7用来设定控制器需管理的温室数量。
本实用新型工作过程如下当控制器上电后，数据通讯控制CPU1首先读取拨码开关7所设定的所需管理的温室数量，然后根据此数量通过温室通讯模块5轮询各温室控制器(分别与各温室控制器通讯)。根据通讯情况，数据通讯控制CPU1将建立一张温室工作状态表，此表实时反应各温室的工作状态，定时将各个温室的工作状态打包，然后数据通讯控制CPU1通过实时时钟模块2读取当前实时时钟，形成一条完整的温室运行状态数据，并存储于大容量数据存储FLASH模块3。
与此同时，数据通讯控制CPU1将通过计算机通讯模块4测试与管理计算机是否正常工作，若管理计算机通讯正常，则将存储在大容量数据存储FLASH模块3中的数据和当前的温室运行状态数据上传给管理计算机，以实时显示各个温室当前的运营情况。若管理计算机因故障未正常工作一段时间，待管理计算机正常后，本实用新型将存储在数据存储FLASH模块3的数据记录逐条上传给管理计算机，保证温室运行数据的完整性。
数据通讯控制CPU1也可通过计算机通讯模块4接收管理计算机发送的各种控制命令，本实用新型收到此类控制命令后，对其进行相关处理后，与相应温室控制器通讯完成相关操作，并将操作结果返回给管理计算机。
(1)可脱机工作本实用新型内嵌的CPU可完整完成与温室控制器、室外气象站等的数据通讯功能，并配有大容量的FLASH存储器，因而即使在计算机失效的情况下，本实用新型亦可工作，完成室外气象站与各温室控制器的数据调度、各个温室运行的数据采集工作。
(2)可靠性高本实用新型既能联机工作，又能脱机工作，从而降低了温室运行对于计算机的依赖，提高了整个装置的可靠性。
(3)大幅度降低计算机的通讯工作量本实用新型内嵌的CPU可完整完成与温室控制器、室外气象站的数据通讯功能，使得数据通讯分为两个层次管理计算机与本实用新型的数据通信、本实用新型与各温室控制器、室外气象站等的通讯。和温室控制器、室外气象站等大量数据通讯工作均可由本实用新型完成，使得计算机无需直接和它们频繁通讯，这大大降低了计算机的通讯工作量，提高了计算机的工作效率。
(4)可扩展性好如果需要在本实用新型中添加需管理的温室数量，只需通过拨码开关重新设置本实用新型的连接温室数量，扩展能力较强。
(5)布线、安装方便由于采用RS485通讯方式，在温室控制对象增加的情况下，只需实现其与最接近温室的通讯线路连接即可实现接入整个装置，这使得安装、调试和维护很方便。
图1为本实用新型的结构图示。
图中标号1为数据通讯控制CPU，2为实时时钟模块，3为数据存储FLASH模块，4为计算机通讯模块，5为温室控制器通讯模块，6为工作指示灯，7为拨码开关，A、B分别为数据通讯控制CPU1的串行通讯口，C、D、E分别为数据通讯控制CPU1的IO端口。
具体实施方式
下面通过实施例进一步描述本实用新型。
实施例1，管理计算机通过RS232总线与控制器相连，控制器通过RS485总线与各温室控制器相连。若所需管理的温室数量为8台，则将控制器拨码开关设为8，然后将控制器接通市电交流220V。数据通讯控制CPU1是整个控制器的核心处理单元，型号为Winbond公司生产的W77E58，实时时钟模块2型号为Dallas公司生产的DS12C887，数据存储FLASH模块3型号为Atmel公司生产的AT45DB321B，计算机通讯模块4型号为Maxim公司生产的MAX232，温室控制器通讯模块5型号为Maxim公司生产的MAX487，工作指示灯6采用φ3高亮红色发光二极管，拨码开关7采用8位DIP拨码开关。将上述各部件按图1所示方式连接，该领域的技术人员均能顺利实施。
权利要求1.一种基于RS485总线的温室环境控制通讯控制器，由数据通讯控制CPU(1)、实时时钟模块(2)、数据存储FLASH模块(3)、计算机通讯模块(4)、温室控制器通讯模块(5)、工作指示灯(6)、拨码开关(7)组成，其特征在于数据通讯控制CPU(1)通过地址数据总线与实时时钟模块(2)相联，数据通讯控制CPU(1)通过IO端口(C)与数据存储FLASH模块(3)相联，数据通讯控制CPU(1)通过串行通讯口(A)与计算机通讯模块(4)相联，数据通讯控制CPU(1)通过串行通讯口(B)与温室控制器通讯模块(5)相联，数据通讯控制CPU(1)通过IO端口(D)与工作指示灯(6)相联，数据通讯控制CPU(1)通过IO端口(E)与拨码开关(7)相联。
专利摘要本实用新型属设施农业领域，具体涉及一种基于RS485总线的温室环境控制通讯控制器。由数据通讯控制CPU、实时时钟模块、数据存储FLASH模块、计算机通讯模块、温室控制器通讯模块、工作指示灯、拨码开关组成，数据通讯控制CPU通过地址数据总线与实时时钟模块相联，数据通讯控制CPU通过IO端口分别与数据存储FLASH模块、工作指示灯、拨码开关相联。数据通讯控制CPU分别通过串行通讯口与计算机通讯模块、温室控制器通讯模块相联，本实用新型内嵌的CPU可完整完成与温室控制器、室外气象站等的数据通讯功能，既能联机工作，又能脱机工作，从而降低了温室运行对于计算机的依赖，提高了可靠性。大幅度降低计算机的通讯工作量，可扩展性好，布线、安装方便。
文档编号A01G9/24GK2879259SQ200620040558
公开日2007年3月14日 申请日期2006年3月27日 优先权日2006年3月27日
发明者吴军辉, 林开颜, 徐立鸿, 吴启迪 申请人:同济大学