??近年來，溫室環(huán)境控制在國內(nèi)外得到了相應(yīng)的研究和應(yīng)用。國內(nèi)現(xiàn)有的智能溫室系統(tǒng)硬件大部分從國外引進，國外的系統(tǒng)是經(jīng)過多年的發(fā)展和完善，在技術(shù)上是比較成熟與先進的。但在我國的應(yīng)用中出現(xiàn)了一些問題，如體積大、能耗大、溫室降溫較差、在我國使用不適應(yīng)。從經(jīng)濟效益上看，因其設(shè)備投資大，運行費用高，普遍虧損。“林木種苗工廠化生產(chǎn)環(huán)境控制設(shè)備與自動化控制集成應(yīng)用研究示范”是我們自主開發(fā)的智能溫室監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)對于實現(xiàn)農(nóng)業(yè)精細(xì)化、自動化生產(chǎn)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率與農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量有一定的促進作用。 ??系統(tǒng)硬件相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求如下： ??（ 1） 對現(xiàn)場空氣溫度濕度，土壤基質(zhì)溫度濕度，光照強度進行實時的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)信號處理、數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)采集時延＜ 3min，數(shù)據(jù)精度達到10 位，根據(jù)農(nóng)作物實際生長情況，溫度控制精度＜ 3℃，濕度控制精度＜ 10% RH 。 ??（ 2） 建立使用可擴展的主從控制器通信機制，準(zhǔn)確通信距離可達1. 2km。 ??（ 3） 使用可學(xué)習(xí)、自適應(yīng)的控制機制，實現(xiàn)精確控制。 ??（ 4） 整套系統(tǒng)可以在0%—100% RH 的濕度范圍內(nèi)可靠使用10 年以上。 ??（ 5） 溫度年漂移量＜ 0. 1℃ ，濕度年漂移量＜ 1% RH。 ? ??1 方案設(shè)計和器件選型 ? ??1. 1 方案設(shè)計 ??根據(jù)項目和具體的技術(shù)指標(biāo)需求，下位通信選用RS － 485 通信協(xié)議，RS － 485 是雙向、半雙工通信協(xié)議，符合真正多點通信網(wǎng)絡(luò)要求，并且它規(guī)定在一條單總線（ 2 線） 上支持32 個驅(qū)動器和32 個接收器。有些RS－ 485 收發(fā)器可修改輸入阻抗以便允許將多達8 倍以上的節(jié)點數(shù)連接到相同總線。由于性能優(yōu)異、結(jié)構(gòu)簡單、組網(wǎng)容易，多站互連時可節(jié)省信號線，便于高速、遠距離傳送。 ??為保證溫室控制系統(tǒng)可靠性，將系統(tǒng)設(shè)計為三級主從控制系統(tǒng)。以ARM 系列單片機為中間主控制器，模塊化下位的數(shù)據(jù)采集和控制單元以便于系統(tǒng)的擴展。上位服務(wù)器直接面向網(wǎng)絡(luò)，保存下位采集數(shù)據(jù)。選用主控器自帶TCP /IP 功能與服務(wù)器通信，自帶RS485 通信功能連接下位數(shù)據(jù)采集與控制單元。具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。 ? ??1. 1.1 采集器功能 ??（ 1） 及時可靠地采集溫室現(xiàn)場中溫室溫度、濕度，土壤溫度、濕度，光照強度數(shù)據(jù)。 ??（ 2） 對數(shù)據(jù)作初步的采集處理以及兩次完全采集存儲。 ??（ 3） 接受判別主控制器指令，傳遞數(shù)據(jù)。 ??1. 1.2 控制器功能 ??（ 1） 識別主控制器控制指令。 ??（ 2） 執(zhí)行控制指令。 ??1. 1.3主控制器功能 ??（ 1） 測量數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測 ??通過485 串口與測量終端通信，收集測量終端監(jiān)測的溫室環(huán)境指標(biāo)。如果終端測量到的數(shù)據(jù)超出了預(yù)設(shè)的環(huán)境參數(shù)指標(biāo)，由主控制器實現(xiàn)監(jiān)測報警，提醒觀測人員注意溫室環(huán)境超出指標(biāo)范圍。 ??（ 2） 測量數(shù)據(jù)存儲和傳送 ??把各終端的數(shù)據(jù)存儲于主控制器的外插的SD 卡中，要求能夠存儲一個月以上的各終端測量數(shù)據(jù)。也可以通過以太網(wǎng)與任意聯(lián)入局域網(wǎng)的PC 機通訊，將存儲數(shù)據(jù)傳送到PC 機上保存。 ??（ 3） 以太網(wǎng)通信 ??主控制器與服務(wù)器之間利用以太網(wǎng)通信，選擇的主控制器上需要帶有以太網(wǎng)接口，實現(xiàn)以太網(wǎng)通信，系統(tǒng)具備TCP /IP 協(xié)議棧，能夠在TCP 和UDP 協(xié)議層上構(gòu)建應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)通信，HTTP 網(wǎng)頁服務(wù)器功能，TFTP、FTP 文件傳輸功能。 ??（ 4） 終端控制 ??主控制器控制測量終端的測量特性，設(shè)置環(huán)境參數(shù)采樣間隔，參數(shù)指標(biāo)閾值等。根據(jù)檢測數(shù)據(jù)和控制目標(biāo)及時的完成控制理論計算。向下位控制器發(fā)送控制指令。要求主控制器具備現(xiàn)場操控，和遠程操控兩種操作方式。既可以由現(xiàn)場操作主控制器查看終端測量數(shù)據(jù)，又可以以主控制器作為WEB 服務(wù)器，在服務(wù)器提供的網(wǎng)頁中顯示測量數(shù)據(jù)，并在網(wǎng)頁中加入CGI 功能，用戶可以通過網(wǎng)頁實現(xiàn)遠程控制。 ??1. 1.4 服務(wù)器功能 ??（ 1） 網(wǎng)絡(luò)示范網(wǎng)站服務(wù)器，存儲下位采集控制數(shù)據(jù)煉化完善專家控制系統(tǒng)。 ??（ 2） 與各主控制器的網(wǎng)絡(luò)通信。 ??1. 2 傳感器選型 ??依據(jù)技術(shù)指標(biāo)需求，選取各傳感器件如下所示。 ??（ 1） PTS － 2 環(huán)境濕度傳感器 ??供電電壓4VDC; 濕度范圍0 ～ 100%; 濕度分辨率0. 1% RH; 輸出范圍1 ～ 4VDC; 準(zhǔn)確度± 2% （ T ＞0℃） ; 穩(wěn)定性小于1%RH/年工作電壓： ??（ 2） 環(huán)境、土壤溫度傳感器DS18B20 ??支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為－ 55°C ～ + 125°C，在－ 10 ～ + 85°C 范圍內(nèi)，精度為± 0. 5°C。 ??DS18B20 的精度誤差為± 2°C。現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。 ??適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如： 環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類產(chǎn)品等。 ??（ 3） TDR － 3 型土壤水分傳感器