一种基于无线传感器网络与PLC的温室自动控制装置的制作方法

本实用新型涉及一种控制装置，特别是涉及一种基于无线传感器网络与PLC的温室自动控制装置。

背景技术：

温室农业大棚建立了一个适合农作物生长发育的气候环境，使农作物的生长不受外界自然环境的影响。温室大棚种植技术可以使农作物在不适合生长的季节里生长和产出，减轻季节对农作物的影响，使农作物部分或完全脱离对自然条件的依赖，满足市场的需求。当前，我国温室大棚环境控制水平落后、运行管理依赖经验、控制效果不够理想，这些问题严重制约了温室大棚生产效率的提高。因此，设计和开发一种温室大棚自动控制装置，实现温室大棚主要环境参数的在线监测、执行机构的自动控制，对实现农作物增产、提高农作物品质具有重要的意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于无线传感器网络与PLC的温室自动控制装置，该装置将无线传感器网络技术和PLC技术应用到温室大棚环境参数的监控中。本装置工作稳定，抗干扰能力强，能够实现对温室环境参数的自动监控。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于无线传感器网络与PLC的温室自动控制装置，由温室环境参数采集节点、协调器节点、S7-1215FC PLC、以太网交换机和监控计算机组成。温室环境参数采集节点通过ZigBee网络与协调器节点相连，所述协调器节点通过RS485总线与S7-1215FC PLC相连，S7-1215FC PLC通过以太网交换机与监控计算机相连。温室环境参数采集节点有一个长方形外壳，在温室环境参数采集节点外壳上方装有一个ZigBee天线接线凹槽，在温室环境参数采集节点外壳的一个侧面上装有温室空气温度传感器接线凹槽、温室空气湿度传感器接线凹槽、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。在温室环境参数采集节点外壳内装有一块温室环境参数采集电路板。该温室环境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。该温室环境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。该温室环境参数采集电路板的信号调理电路上设有温室空气温度传感器接线端子、温室空气湿度传感器接线端子、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。所述温室空气温度传感器接线端子、温室空气湿度传感器接线端子、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温室环境参数采集节点外壳上的温室空气温度传感器接线凹槽、温室空气湿度传感器接线凹槽、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。所述温室空气温度传感器接线凹槽、温室空气湿度传感器接线凹槽、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温室空气温度传感器、温室空气湿度传感器、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。该温室环境参数采集电路板上的主处理器电路由处理器芯片MSP430FG4617及其外围电路组成，负责采集并处理传感器所检测到的温室空气温度数据、温室空气湿度数据、温室CO2浓度数据、温室土壤温度数据、温室土壤湿度数据、温室光照强度数据。该温室环境参数采集电路板上的射频驱动电路由芯片CC2431以及外围电路组成，负责ZigBee网络数据传输。该温室环境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高频线与温室环境参数采集节点外壳上方的ZigBee天线接线凹槽相连，所述温室环境参数采集节点外壳上方的ZigBee天线接线凹槽与ZigBee天线相连。所述协调器节点有一个长方形外壳，在协调器节点外壳上方设有1个协调器节点ZigBee天线接线凹槽。在协调器节点外壳的一个侧面上装有RS485通信插口。在协调器节点外壳内装有一块协调器节点电路板，该协调器节点电路板由主处理器电路、ZigBee通信电路、通信接口电路以及电源电路组成。协调器节点负责与各个温室环境参数采集节点进行通信。该协调器节点电路板上的主处理器电路由处理器芯片MSP430FG4617及其外围电路组成，负责ZigBee通信控制和RS485通信控制，能将各个温室环境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S7-1215FC PLC，所述S7-1215FC PLC对所接收到的数据进行处理、分析后，发出控制信号，分别对CO2施肥机开关、天窗设备开关、湿帘水泵开关、喷灌设备开关和加热设备开关进行控制。同时，S7-1215FC PLC还通过以太网交换机，将温室环境参数数据发送到监控计算机，监控计算机还可以发出控制信号至S7-1215FC PLC，实现对CO2施肥机开关、天窗设备开关、湿帘水泵开关、喷灌设备开关和加热设备开关的控制。所述协调器节点电路板上的ZigBee通信电路由无线传感器网络芯片CC2431及其外围电路组成，负责与各个温室环境参数采集节点进行通信。该协调器节点电路板的ZigBee通信电路上设有1个协调器节点ZigBee天线接线端子，通过ZigBee高频线与协调器节点外壳上方的ZigBee天线接线凹槽相连，所述协调器节点外壳上方的ZigBee天线接线凹槽与协调器节点ZigBee天线通过ZigBee高频线相连。该协调器节点电路板的通信接口电路上设有1个RS485接线端子，通过RS485总线与协调器节点外壳侧面的RS485通信插口相连，所述RS485通信插口通过RS485总线与S7-1215FC PLC相连。

本实用新型的优点与效果是：

本实用新型采用MSP430FG4617处理器芯片作为温室环境参数采集节点的主处理器芯片，射频驱动电路采用CC2431芯片，采用S7-1215FC PLC对CO2施肥机开关、天窗设备开关、湿帘水泵开关、喷灌设备开关和加热设备开关进行控制，所以，本装置工作稳定，抗干扰能力强，能够实现对温室环境参数的自动控制。

附图说明

图1为装置结构示意图；

图2为温室环境参数采集节点外部结构示意图；

图3为协调器节点外部结构示意图；

图4为温室环境参数采集节点电路结构示意图；

图5为协调器节点电路结构示意图。

图2中标号说明：1、温室环境参数采集节点ZigBee天线，2、温室环境参数采集节点ZigBee天线接线凹槽，3、温室环境参数采集节点外壳，4、温室空气温度传感器接线凹槽，5、温室空气湿度传感器接线凹槽，6、CO2浓度传感器接线凹槽，7、土壤温度传感器接线凹槽，8、土壤湿度传感器接线凹槽，9、光照强度传感器接线凹槽。

图3中标号说明：10、协调器节点ZigBee天线，11、协调器节点ZigBee天线接线凹槽，

12、协调器节点外壳，13、RS485通信插口。

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：温室环境参数采集节点、协调器节点、S7-1215FCPLC、以太网交换机和监控计算机。

见图2，本实用新型温室环境参数采集节点外部结构包括：温室环境参数采集节点ZigBee天线1、温室环境参数采集节点ZigBee天线接线凹槽2、温室环境参数采集节点外壳3、温室空气温度传感器接线凹槽4、温室空气湿度传感器接线凹槽5、CO2浓度传感器接线凹槽6、土壤温度传感器接线凹槽7、土壤湿度传感器接线凹槽8、光照强度传感器接线凹槽9。

见图3，本实用新型协调器节点外部结构包括：协调器节点ZigBee天线10、协调器节点ZigBee天线接线凹槽11、协调器节点外壳12、RS485通信插口13。

见图4，本实用新型温室环境参数采集节点电路包括：信号调理电路、主处理器电路MSP430FG4617、射频驱动电路CC2431以及电源电路。

见图5，本实用新型协调器节点电路包括：通信接口电路、主处理器电路MSP430FG4617、射频驱动电路CC2431以及电源电路。

温室环境参数采集节点有一个长方形外壳3，在温室环境参数采集节点外壳3上方装有一个ZigBee天线接线凹槽2，在温室环境参数采集节点外壳3的一个侧面上装有温室空气温度传感器接线凹槽4、温室空气湿度传感器接线凹槽5、CO2浓度传感器接线凹槽6、土壤温度传感器接线凹槽7、土壤湿度传感器接线凹槽8、光照强度传感器接线凹槽9。在温室环境参数采集节点外壳3内装有一块温室环境参数采集电路板。该温室环境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。该温室环境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。该温室环境参数采集电路板的信号调理电路上设有温室空气温度传感器接线端子、温室空气湿度传感器接线端子、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。所述温室空气温度传感器接线端子、温室空气湿度传感器接线端子、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温室环境参数采集节点外壳3上的温室空气温度传感器接线凹槽4、温室空气湿度传感器接线凹槽5、CO2浓度传感器接线凹槽6、土壤温度传感器接线凹槽7、土壤湿度传感器接线凹槽8、光照强度传感器接线凹槽9相连。所述温室空气温度传感器接线凹槽4、温室空气湿度传感器接线凹槽5、CO2浓度传感器接线凹槽6、土壤温度传感器接线凹槽7、土壤湿度传感器接线凹槽8、光照强度传感器接线凹槽9分别通过信号线与安装于温室中的温室空气温度传感器、温室空气湿度传感器、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。该温室环境参数采集电路板上的主处理器电路由处理器芯片MSP430FG4617及其外围电路组成，负责采集并处理传感器所检测到的温室空气温度数据、温室空气湿度数据、CO2浓度数据、土壤温度数据、土壤湿度数据、光照强度数据。该温室环境参数采集电路板上的射频驱动电路由芯片CC2431以及外围电路组成，负责ZigBee网络数据传输。该温室环境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高频线与温室环境参数采集节点外壳3上方的ZigBee天线接线凹槽2相连，所述温室环境参数采集节点外壳3上方的ZigBee天线接线凹槽2与ZigBee天线1相连。所述协调器节点有一个长方形外壳12，在协调器节点外壳12上方设有1个协调器节点ZigBee天线接线凹槽11。在协调器节点外壳12的一个侧面上装有RS485通信插口13。在协调器节点外壳12内装有一块协调器节点电路板，该协调器节点电路板由主处理器电路、ZigBee通信电路、通信接口电路以及电源电路组成。协调器节点负责与监控区域内各个温室环境参数采集节点进行通信。该协调器节点电路板上的主处理器电路由处理器芯片MSP430FG4617及其外围电路组成，负责ZigBee通信控制和RS485通信控制，能将监控区域内各个温室环境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S7-1215FC PLC，所述S7-1215FC PLC对所接收到的数据进行处理、分析后，发出控制信号，分别对CO2施肥机开关、天窗设备开关、湿帘水泵开关、喷灌设备开关和加热设备开关进行控制。同时，S7-1215FC PLC还通过以太网交换机，将温室环境参数数据发送到监控计算机，监控计算机还可以发出控制信号至S7-1215FC PLC，实现对CO2施肥机开关、天窗设备开关、湿帘水泵开关、喷灌设备开关和加热设备开关的控制。所述协调器节点电路板上的ZigBee通信电路由无线传感器网络芯片CC2431及其外围电路组成，负责与各个温室环境参数采集节点进行通信。该协调器节点电路板的ZigBee通信电路上设有1个协调器节点ZigBee天线接线端子，通过ZigBee高频线与协调器节点外壳12上方的ZigBee天线接线凹槽11相连，所述协调器节点外壳12上方的ZigBee天线接线凹槽11与协调器节点ZigBee天线10通过ZigBee高频线相连。该协调器节点电路板的通信接口电路上设有1个RS485接线端子，通过RS485总线与协调器节点外壳12侧面的RS485通信插口13相连，所述RS485通信插口13通过RS485总线与S7-1215FC PLC相连。

每个温室环境参数采集节点通过其所连接的温室空气温度传感器、温室空气湿度传感器、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，分别将所采集的温室空气温度信号、温室空气湿度信号、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MSP430FG4617。主处理器MSP430FG4617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本监控区域内的协调器节点。所述协调器节点将本监控区域内各个温室环境参数采集节点的数据进行汇集，通过RS485总线将数据传送到S7-1215FC PLC，所述S7-1215FC PLC对所接收到的数据进行处理、分析后，发出控制信号，分别对CO2施肥机开关、天窗设备开关、湿帘水泵开关、喷灌设备开关和加热设备开关进行控制，从而达到调节温室空气温度、空气湿度、CO2浓度、土壤温度、土壤湿度、光照强度的目的。同时，S7-1215FC PLC还通过以太网交换机，将温室环境参数数据发送到监控计算机，在监控计算机中进行显示、分析，还可以由监控计算机发出控制信号至S7-1215FC PLC，实现对CO2施肥机开关、天窗设备开关、湿帘水泵开关、喷灌设备开关和加热设备开关的控制。