温室大棚智能控制系统

温室大棚设计方案

西方一些发达国家尤其是欧美开始比较快的发展温室种植技术，像美国、以色列、加拿大等发达国家开始采用仪表采集温室中的现场信息并根据指标进行控制，今本实现了农业生产的机械化以及自动化。

温室环境领域的控制技术伴随着计算机技术的发展与应用也在不断的发生变化。美国、以色列都出现了一种融合了气候调节、农田灌溉与作物的肥料供应的一个整体的一体化的温室网络管理系统，该系统通过对各种生产管理进行融合然后根据传感器的输入来调节各部分进行执行动作，以达到最经济最有效的手段进行控制温室。

总之，国外智能温室产业发展早，经济效益高。伴随着微型计算机技术的不断进步，现代测控技术、无线网络技术、远程遥感技术以及专业系统技术等在温室的控制与管理上海的应用，大大提高了温室控制系统的先进性，并且许多研究者都提出了新的控制思想和控制算法来改善温室系统的控制。以计算机技术为核心的温室综合环境控制系统，真正迈入了智能化、网络化阶段。

国外的物联网农业发展也影响着国内的农业发展，在发展的同时出现了一些些领先的物联网体系，托普作为其中的佼佼者也时时刻刻研发者最为先进，最为实用的物联网系统。

托普物联网本着智能化、信息化、优质、高效、低耗等方向发展，针对温室控制有了以下的研究。

1、多音字控制方式

温室大棚内的湿度、温度、光纤强度、CO2浓度等它们之间的耦合性的很强，当其中的某一黄金因子变化时将对其他的环境因子也会产生影响，所以单因子控制方法将难以实现温室大棚环境的调节，这就要求控制方式由单因子控制向着多因子控制方向发展，提高温室到鞥环境控制的控制效果。虽然多因子控制的方法应用前景良好，但现阶段的技术水平还是很难实现。

2、温室控制智能化

随着科学技术的飞速发展，温室控制系统的自动化水平不断提高，由原来单一的数据采集和控制，向着以专家系统为代表的智能化系统发展。由于温室环境的控制过程及

其复杂，它是具有变量多、耦合性强、干扰大、非线性以大时滞的复杂系统，其数学模型难以建立，因此常规的工业控制方法很难实现。美国、荷兰、日本等一些温室技术比较先进的发达国家，将开始模糊控制、神经网络控制、遗传算法等先进的控制算法应用到温室控制系统中，温室生产基本实现了自动化及智能化。

3、温室分布式控制系统

目前分布式控制系统都是采用一台主机电脑和多个具有单独控制功能的终端处理设备构成了主机—终端的模式，通过一台计算机做控制中心对其他子系统进行控制管理。这种模式控制的灵活性好，可靠性低，如果主控计算机一旦出现故障，整个的控制系统便无法正常工作。因此分布式计算机控制系统将成为温室控制系统的发展方向，该系统采用服务器—客户模式，即整个系统的控制功能不是由控制中心的计算机完成的，而是由系统中的每一个只处理器（PLC、单片机）进行处理所采集的数据并进行控制，每个只处理器不受控制中心的影响而独立工作。分布式控制系统由于具有可靠性高、扩展功能强以及适应性等优点，而将会成为温室控制系统发展的方向。

4、温室控制信息化、网络化

在高科技发展迅速的现代社会，导致信息化、网络化发展进程的加快，因此将网络信息技术应用到温室大棚的控制系统中将会发展成为一种潮流趋势。随着现代测控技术、网络技术、无线传输技术以及计算机技术的不断进步，温室大棚环境控制系统的发展将会向着开放式、多因子、多层次以及综合性的方向发展。

托普物联网的温室大棚智能控制系统主要根据以下几个方面来进行设计

1）、温室大棚内环境的特点，分析对温室大棚有影响的环境因子，设计温室大棚的调控方案。

2）、根据温室环境各因素对农作物生长的影响，建立温室大棚控制系统的数学模型，并且确定合适温室大棚控制系统控制算法。

3）、提出温室大棚智能控制系统的总体设计方案。

4）、研究系统中无线传感器节点、ZigBee无线组网、数据采集处理系统等软硬件设计，数据采集涉及温度、湿度及光照传感器。

5）、研究基于DSP的温室大棚智能监控平台的研究，实现温室内部环境（光照、

温度、湿度、二氧化碳浓度、土壤水分等）的自动检测；并且实现对通风系统、加温系统、加湿系统、降温系统、CO2释放系统、遮阳网系统、不管系统等的自动控制。

本文涉及的温室大棚控制系统硬件的研究设计不要是对DSP控制平台的设计、各无线传感器节点的设计，数据采集模块电路的设计、数据汇集模块电路的设计及基于ZigBee 的数据模块与DSP接口电路的设计、节点供电电路的设计、电源管理电路的设计、充电电路的设计、复位电路的设计等。

CC2430 SoC电路原理设计图

CC2430与传感器接口电路设计

温室大棚智能控制系统的软件设计

ZigBee节点程序设计

CC2430芯片的CPU是8位的8051微处理器，因此对ZigBee节点的软件开发采用IARsystem公司的IAR Embedded WorkbenchV7.20H这一开发环境进行软件开发，该开发环境可用于编译、调试嵌入式应用程序。它的编程环境包括：C/C++优化编译器、代码编辑器、C-SPY调试器、工程项目管理器以及连接定位器等的各种开发工具。并且他具有在线调试功能，可以支持多种反正器从而很容易的思想程序的在线调试。本文将使用8051C/C++编译器对本系统的ZigBee节点软件进行开发，并且为方便程序的开发在组建开发平台时调用CC2430的相关库文件。

ZigBee无线传感器节点软件设计

根据系统的总体设计要求，ZigBee无线传感器节点作为数据的采集节点，负责将温室大棚内的温湿度传感器、光纤强度传感器、CO2传感器采集到的数据发送到ZigBee 数据汇聚节点，然后通过ZigBee数据汇聚节点将数据传送到DSP控制平台。ZigBee无线传感器节点的整体设计流程图。

ZigBee汇聚节点的软件设计

ZigBee数据节点（ZigBee协调器/路由器）的主要功能是将ZigBee数据采集节点的数据进行整合然后将数据传送给DSP监控平台，为DSP提供数据进行算法分析。ZigBee 数据汇聚节点程序流程图。