专利名称：一种基于嵌入式技术的温室多参数测控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于嵌入式技术的温室多参数测控系统。
背景技术：
目前国内外温室控制系统主要采用基于现场总线温室控制系统，但是这种 控制模式具有一定的不足1、总线标准繁多且都有自己规定的协议格式和介质， 相互之间互不兼容，使得变送器制造商无所适从，同时不同类型的传感器不能 即插即用，给用户系统的扩展和维护造成不便；2、上位机普遍采用计算机，一 方面成本高，另一方面其控制软件界面复杂、操作不便，有的甚至是英文界面， 对使用者文化要求很高，不利于在我国普通农户中推广。 发明内容
本实用新型的目的是针对上述不足，提供一种基于嵌入式技术的温室多参
数测控系统。
基于嵌入式技术的温室多参数测控系统的内部模块连接关系为多口网络 集线器分别与嵌入式温室专用测控仪、第一网络适配器、第二网络适配器相接， 第一网络适配器与智能传感器相接，第二网络适配器与执行器驱动模块相接， 嵌入式温室专用测控仪的内部模块连接关系为基于ARM7TDMI的32位微处理 器S3C44B0X分别与内存HY57V64160、程序存储器AM29LV160D、数据存储器 K9F2808U0B、以太网控制芯片RTL8019AS、 JTAG接口、 RS232收发器、LCD显示 及触摸屏相接，以太网控制芯片与网络变压器、RJ45接口插座相接，RS232收 发器与DB9插座相接。
所述的智能传感器的内部模块连接关系为传感器接线柱与调理放大电路、 PIC16F873单片机、RS232收发器、DB9插座相接，PIC16F873单片机与外接存 储器24LC256相接。
执行器驱动模块的内部模块的连接关系为DB9插座、RS232收发器、串口 隔离器、PIC16F877单片机、光耦P521相接，光耦分别与LED指示灯和开关信 号输出接线柱相接。
网络适配器的内部模块连接关系为DB9插座与RS232收发器、PIC16F877 单片机、通信控制器SX52BD、以太网控制器RTL8019AS、网络变压器、RJ45插 座相接，通信控制器与外接存储器24LC256相接。
本实用新型根据IEEE1451. 2标准，系统设计以太网的网络适配器并提供标
准RS232接口，能实现各类型传感器和执行器驱动模块对以太网的即插即用。 同时，用嵌入式温室专用测控仪代替传统的PC机，降低成本；用嵌入式图形用 户界面设计"傻瓜式"测控系统的软件界面，并采用触摸屏操作，实现手动控 制和自动控制两种控制方法，简单实用。
图1是基于嵌入式技术的温室多参数测控系统连接框图； 图2是本实用新型的嵌入式温室专用测控仪的硬件框图3是本实用新型的智能传感器模块STIM硬件框图4是本实用新型的执行器驱动模块硬件框图5是本实用新型的网络适配器NCAP硬件框图6是基于嵌入式技术的温室多参数测控系统的软件流程图。
具体实施方式
如图l、 2所示，基于嵌入式技术的温室多参数测控系统内部模块连接关系
为多口网络集线器分别与嵌入式温室专用测控仪、第一网络适配器、第二网 络适配器相接，第一网络适配器与智能传感器相接，第二网络适配器与执行器
驱动模块相接，嵌入式温室专用测控仪的内部模块连接关系为基于ARM7TDMI 的32位微处理器S3C44B0X分别与内存HY57V64160、程序存储器AM29LV160D、 数据存储器K9F2808U0B、以太网控制芯片RTL8019AS、 JTAG接口、 RS232收发 器、LCD显示及触摸屏相接，以太网控制芯片与网络变压器、RJ45接口插座相 接，RS232收发器与DB9插座相接。
系统采用输出+9V的变压器为各模块供电，用普通网线将嵌入式温室专用测 控仪、智能网络传感器、网络执行器驱动模块连接至多口网络集线器，通过设 定各模块的IP地址使其组成一个局域以太网。嵌入式温室专用测控仪是整个系 统的核心控制部分，通过以太网接收智能网络传感器发来的实时数据，并在液 晶显示器上显示，同时通过以太网控制网络执行器驱动模块从而操作现场各执 行机构。
嵌入式温室专用测控仪采用三星公司ARM7TDMI核的32位RISC处理器芯片 S3C44B0X，并配置了 8M的内存芯片HY57V641620, 2M程序存储器AM29LV160DT 作为程序存储器，16M的数据存储器K9F2808U0B;人机界面采用台湾清达光电 公司的6英寸、分辨率为320*240的STN型蓝白液晶显示器件HG320240A-B-CWH， 并选配了一款相同分辨率的触摸屏代替传统的鼠标按键操作；采用RTL8019AS、 网络变压器、RJ45接口构成以太网接口，通过网线连接网络集线器实现与网络
智能传感器和网络执行器驱动模块的数据通信；微处理器的一路串口使用串口
收发器MAX232构成标准RS232串口；微处理器的JTAG接口用于系统调试和软 件程序的下载。该嵌入式处理器及其移植的图形用户界面和控制软件是整个系 统的核心。其中，图形用户界面设计采用EmGUI，设计了四个界面，包括实时显 示、参数设定、控制方式以及系统帮助界面实时显示界面用于实时显示智能 传感器采集到的温室各环境参数值，以及系统时钟；参数设定界面为自动控制 方式服务，供用户设定温室环境自动控制、土壤灌溉自动控制、无土栽培营养 液自动控制三种自动控制方式下各参数上下限值，系统自动控制各相关执行机 构使参数维持在设定范围内，让作物生长在适宜环境中；控制方式界面提供手 动以及上述三种自动控制选择，并提供手动控制下开执行机构的开关按钮；使 用说明界面则是系统的在线帮助菜单，指导用户如何使用本系统。各子界面之 间可以互相切换，以保证每个子界面都是全屏显示，方便操作使用。系统各个 图形界面简洁明了，配以触摸屏实现傻瓜式操作以适宜普通用户使用。
如图3所示，智能传感器的内部模块连接关系为传感器接线柱与调理放 大电路、PIC16F873单片机、RS232收发器、DB9插座相接，PIC16F873单片机 与外接存储器24LC256相接。
智能传感器模块(STIM)负责温室数据的采集，采用美国Microchip公司的 PIC16F873单片机，并扩展EEPROM 24LC256用于存放TEDS表单数据，可输出该 智能传感器的制造信息、通道数量、单位信息等参数。传感器输出信号经调理 电路后，转换成0-5V的标准电压输入至PIC16F873A的模拟通道输入口，经单 片机内部A/D转换后，按照一定的数据通信协议通过标准的RS232串口经网络 适配器NCAP与以太网相连。一个智能传感器可以接3路传感器(可扩展到5路)， 能够采集包括温度、湿度、光照度、土壤湿度、营养液电导率和酸碱度值等温 室种植需要的参数，可根据用户不同的需要进行组合。
如图4所示，执行器驱动模块的内部模块的连接关系为DB9插座、RS232 收发器、串口隔离器、PIC16F877单片机、光耦P521相接，光耦分别与LED指 示灯和开光信号输出接线柱相接。
执行器驱动模块的核心部分采用PIC16F877单片机，包括复位电路、RS232 串口电路、电源调理电路、电源及通讯指示电路、光电隔离输出电路等，并通 过RS232串口与网络适配器NCAP连接实现对以太网的即插即用。本系统设计的 网络执行器驱动模块具有15路的输出控制能力，能够控制温室的天窗开合电机、 遮阳网电机、水泵电机、加热器、风机等各种温室设备，满足一般温室的控制
需求。
如图5所示，网络适配器的内部模块连接关系为DB9插座与RS232收发器、 PIC16F877单片机、通信控制器SX52BD、以太网控制器RTL8019AS、网络变压器、 RJ45插座相接，通信控制器与外接存储器24LC256相接。
网络适配器(NCAP)采用美国Microchip公司的PIC16F877单片机，结合通 信控制器SX52BD与10M以太网控制芯片RTL8019AS以及网络变压器和RJ45插 座组成的网络通信模块，通过单片机扩展的标准RS232串口实现对智能传感器 模块和执行器驱动模块的即插即用。
如图6所示，基于嵌入式技术的温室多参数测控系统的软件流程为系统上 电进行各模块软硬件初始化，初始化完成后嵌入式专用测控仪进入测控系统主 界面显示，并刷新系统时钟，同时调用Socket套接字函数连接网络传感器模块 接收传感器数据，若Socket连接成功且接收到的数据格式正确则送实时显示界 面显示；完成数据采集后，嵌入式专用测控仪判断用户选择的控制方式，若为 手动控制则使控制方式界面上各执行机构控制按钮有效，用户可以通过触摸屏 点击这些按钮手动控制现场执行机构，最后进行下一次数据采集；若为自动控 制则将采集到的传感器数据与用户设定的各参数值比较，若超限则发送指令控 制相应执行机构启闭自动控制各参数在用户设定范围内，此时各手动控制的开 关按钮无效。
在上述技术方案中，系统的控制方法是这样实现的 控制方法包括手动控制和自动控制两种模式。在手动控制模式下，系统根 据连接的智能网络传感器情况实时显示传感器采集到的各参数数值，例如插上 带温、光、湿传感器的智能网络传感器时，显示温室环境参数温度、光照、湿 度值，当再插上带土壤湿度传感器的智能网络传感器时，则再显示土壤湿度值， 以此类推，同时用户可通过点击控制方式界面上的按键随时控制对应的现场执 行机构；在自动控制模式下，系统除实现上述实时显示功能外，还可根据需要 选择温室环境自动控制、土壤灌溉自动控制、无土栽培营养液自动控制的一种 或多种，软件通过比较传感器输入值和用户设定值之间的差别后，自动输出控 制信号，保证各参数控制在设定范围内(其中温室环境自动控制采用分段多级 控制策略)。
系统采用输出+9V的变压器为各模块供电，用普通网线将嵌入式温室专用测 控仪、智能网络传感器、网络执行器驱动模块连接至多口网络集线器，通过设 定各模块的IP地址及端口号使其组成一个局域以太网。嵌入式温室专用测控仪
是整个系统的核心控制部分，通过以太网接收智能网络传感器发来的实时数据， 并在液晶显示器上显示，同时通过以太网控制网络执行器驱动模块从而操作现 场各执行机构。
用户可即插即用多个智能网络传感器，采集包括温度、湿度、光照度、土壤 湿度、营养液电导率和酸碱度值等温室种植需要的参数，同时能对温室环境、 土壤灌溉、无土栽培营养液实现自动控制，也可对现场各执行机构进行手动控 制，实现温室多参数的监测与控制。
本系统采用触摸屏操作、"傻瓜式"控制界面。
权利要求1.一种基于嵌入式技术的温室多参数测控系统，其特征在于，多口网络集线器分别与嵌入式温室专用测控仪、第一网络适配器、第二网络适配器相接，第一网络适配器与智能传感器相接，第二网络适配器与执行器驱动模块相接，嵌入式温室专用测控仪的内部模块连接关系为基于ARM7TDMI的32位微处理器分别与内存、程序存储器、数据存储器、以太网控制芯片、JTAG接口、RS232收发器、LCD显示及触摸屏相接，以太网控制芯片与网络变压器、RJ45接口插座相接，RS232收发器与DB9插座相接。
2. 根据权利要求1所述的一种基于嵌入式技术的温室多参数测控系统，其 特征在于，所述的智能传感器的内部模块连接关系为传感器接线柱与调理放 大电路、PIC16F873单片机、RS232收发器、DB9插座相接，PIC16F873单片机 与外部存储器24LC256相接。
3. 根据权利要求1所述的一种基于嵌入式技术的温室多参数测控系统，其 特征在于，所述的执行器驱动模块的内部模块的连接关系为DB9插座与RS232 收发器、串口隔离器、PIC16F877单片机、光耦相接，光耦分别与LED指示灯和 开光信号输出接线柱相接。
4. 根据权利要求1所述的一种基于嵌入式技术的温室多参数测控系统，其 特征在于，所述的网络适配器的内部模块连接关系为DB9插座与RS232收发器、 PIC16F877单片机、通信控制器、以太网控制器、网络变压器、RJ45插座相接， 通信控制器与外部存储器相接。
专利摘要本实用新型公开了一种基于嵌入式技术的温室多参数测控系统。多口网络集线器分别与嵌入式温室专用测控仪、第一网络适配器、第二网络适配器相接，第一网络适配器与智能传感器相接，第二网络适配器与执行器驱动模块相接，嵌入式温室专用测控仪的内部模块连接关系为基于ARM7TDMI的32位微处理器分别与内存、程序存储器、数据存储器、以太网控制芯片、JTAG接口、RS232收发器、LCD显示及触摸屏相接，以太网控制芯片与网络变压器、RJ45接口插座相接，RS232收发器与DB9插座相接。本实用新型能实现各类型传感器和执行器驱动模块对以太网的即插即用。同时，用嵌入式温室专用测控仪代替传统PC机，减小体积，降低成本，并采用触摸屏操作、“傻瓜式”控制界面。
文档编号A01G9/24GK201004177SQ20072010
公开日2008年1月9日 申请日期2007年1月16日 优先权日2007年1月16日
发明者周敏刚, 周益明, 潜 张, 方旭杰, 杨祥龙, 华 王, 王立人, 郭希山 申请人:浙江大学