CAN总线的智能温室控制系统的构建
CAN总线的智能温室控制系统的构建
摘要:此研究是根据温室控制需要而设计的I.种CAN总线的温室智能控制系统.系统采用分布式网络控制结构,主控制单元采用STMIIIIIVBTVIARM处理器作为控制核心,以满足系统编程.命令接收和系统状态显示等功能;分布节点使用STMIIIIIVBTVIARM处理器作为控制核心监测温室内的温度和湿度,并控制电机的执行,因此,本系统有多种控制模式:无论是根据预先设定的控制逻辑,还是根据区域的气候特征控制温湿度,都可使温室内温度和湿度值保持在适合作物生长的最佳状态.实验结果表明:所设计的温室智能控制系统具有稳定性.经济性.便利性和通用性等特征,并且值得加以推广.
关键字:智能温室;温湿度控制;分布式控制系统;CAN总线
I..引言
在现代农业生产中,温室是用来保护作物免受恶劣天气影响,为I.年IV季[I.]种植农作物提供I.个合适的环境.因此,它是控制温室的温度和湿度的最有效和最经济的手段,对农作物耕作[II]的安全性具有重要意义.
随着温室大棚的数量越来越多,它的温度和湿度的控制成为I.个难题.传统的温室控制系统大多数由模拟温度和湿度传感器传输系统,多通道模拟开关,A/D转换器和微控制器组成.在系统中,需要大量的测量电缆布置在温室中,才可以将传感器信号传送到现场采集卡,其安装和拆卸是复杂和昂贵的.同时,由于所发送的信号是模拟信号,所以很容易受到干扰和丢失,测量误差相对较大,不利于控制器及时做出正确的反应[III].
随着工业现场总线技术的推广,它逐渐被现代农业生产者广泛关注着.分布FCS系统比传统的DCS系统更适合作为温室环境控制系统[IV].本文设计的是CAN总线的分布式智能温室控制系统,系统通过实时监控每I.个测量点的温度和湿度数据,并按照I.定的控制策略来控制动作执行部件,且适宜农作物生长 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
的最佳条件是可供选择的.
II.温室控制系统的功能分析
利用计算机技术和现代控制理论,控制和自动调节各种环境因素,包括温度.光照.湿度等,已成为温室控制的主要形式.自动控制技术是主流,这为作物的生长发育创造了最理想的环境,根据温室作物生长习性和市场的需要,有些甚至完全摆脱了自然环境约束的.通过各种温室环境数据采集传感器,实时监测系统环境的变化,控制执行机构动作,同时加上I.个良好的人机界面,使操作过程灵活方便.在这个控制系统中,种植者必须根据温室作物生长所需的环境而输入目标参数,然后计算机将通过比较由传感器测量的实际值与事先设定的目标值来确定控制过程和控制加热,冷却和通风等活动的相应的部分.
计算机控制的自动温室控制技术,实现自动化生产,适合大规模生产,可以提高劳动生产率.通过改变温室环境设定的目标值,可以自动调节温室中环境气候.
通常,自动调节温室控制系统包括以下两部分功能[V]:
l实时数据采集.这是环境控制的实施的重要依据.环境因素的变化都是非直观的且随着时间的变化是变化的,因此,有必要不断地和迅速地监测,获得了大量的瞬时值,其应该由数据采集系统来完成
l实时决策.分析所收集的控制参数的状态量,并确定在根据给定的控制法的系统的控制过程.温室生产过程的关键是如何实现设施的最优控制和管理.研究人员应该解决以下两个问题:(I.)研究作物对环境变化的响应并建立相应的定量关系;(II)通过定量的数学关系,为温室环境提供最有效的控制管理策略或计划.
III.体系结构模型和控制系统的硬件设计
A.控制系统的结构模型
在任何控制系统中,先通过测量装置获得环境参数,然后执行控制算法,进行适当的控制决策,启动实施装置来实现对系统的控制.CAN总线的分布式控制系统采集的环境变量及对每个网络终端设备[VI]控制功能的实现,称为智能节点.此外,控制系统还应具有如下功能:允许用户查看各种环境参数的状态和监测工作状态,显示当前时间,在I.定范围内改变的环境参数和操作的整体控制的处理系统等.智能控制系统,功能分析,在结构上分为两部分:协调管理和分布式监控层,如图I.所示.
在功能上,协调管理负责监控整个系统的运行,数据处理,管理决策,并传递数据和命令与其它层的监控操作;分布式控制层是能够收集和控制环境因素和CAN总线通讯的现场数据,并可以传输各种参数与控制层和其他CAN控制节点发送和接收指令和数据从控制层进行调整和变更控制状态.
主节点,温室协调控制层控制核心,选用ST公司的核心stmIIIIIvbtVICotex-MIII,ARM芯片作为主控芯片,其内置CAN控制器可以处理所有CANII.0B标准机架式.由于主要芯片stmIIIIIvbtVI高效的RISCIIIII位指令集,通过片上PLL锁相环,最高工作频率达到IXVIMHz,与温室的实时控制的要求相I.致.
分布式测量与控制层实时进行环境的温度.湿度和过程的检测,并分析所采集的数据,根据每I.个温度和湿度控制设备的要求进行实时的控制.在同I.时间,它负责监控整个系统的管理.
图I..分布式智能温室控制系统结构图
分布式测量与控制层是由多个独立的以单片机STMIIIIIFI.0IIICBTVI为核心的控制器组成.它接收到各种操作控制命令并通过CAN总线设置参数,进行实时采集各种模拟量输入通道的温度.湿 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
度值,空气调节设备的开关状态信号控制,通过传感器检测温室内的温度和湿度并判断所检测到的信息,及时将结果通过CAN总线发送给主控制节点.
该系统的主节点,通过计算接收到的数据,获取精确的控制值,通过适当的节点来执行,监测和控制所有区域内设备的启动或停止,从而使该区域内的环境温度和湿度保持在所需的水平之内.
B.CAN总线收发器电路的设计
系统采用MAXIX0V作为CAN总线收发器电路.I.部分的安全性和抗干扰措施也被采用在MAXIX0V和CAN总线的接口.MAXIX0V的CANH和CANL引脚与CAN总线相连,通过各自的共模扼流圈保护MAXIX0V免受过流的冲击.在CANH和CANL与地面之间并联III0pF电容器起到过滤总线的高频干扰和抗电磁辐射的作用.在总线访问和地之间,保护II极管已反接保护,分别保护MAXIX0V从瞬态高压的危险.MAXIX0V和接地之间的VIII英尺电阻值确定系统是否工作在高速或斜率控制的模式.电阻器的大小可以根据总线速度进行调整.在CAN总线存取两端连接I.II0Ω电阻器是为了阻抗匹配,而忽略访问将会大大降低数据通信的抗干扰性和可靠性,甚至无法实现数据通信[VII].
C.温度传感电路
DSI.VIIIBII0,由DALLAS公司生产的智能型数字温度传感器,使用I.个线路接口.它不仅可以交流信息还可以通过数据线供电,只需要I.个I.0端口的微控制器.DSI.VIIIBII0将测得的温度信号转换为数字信号输出,可与微控制器直接连接,大大简化了电路的设计.
DSIVIIIBII0本身就具有的命令集和记忆存储功能[VIII].微控制器发出控制命令,读取和写入存储信息在DSI.VIIIBII0中来完成温度测量.
D.湿度检测电路
SHTI.0是由瑞士Sensirion公司生产的单片数字温湿度传感器,采用CMOS工艺的微加工的专利技术来保证产品具有极高的可靠性和出色的长期稳定性[IX].该传感器包括I.个电容式测湿聚合物成分和间隙式测温元件,并且它在I.个单芯片上无缝集成了I.IV位A/D转换器和II线数字接口,使得产品具有功耗低,响应速度快,抗干扰能力强等优点.所以在本文中,SHTI.0传感器用于收集棚内湿度.
IV.应用协议和系统软件的开发
A.应用协议的开发
在CAN总线规范中,它只提供了数据链路层和物理层,而不需要应用层.因此,当用户设计应用软件时,他们必须首先设计相应的应用层协议,CAN总线根据要求来完成准确.可靠的数据传输.目前,比较流行的高层CAN协议包括:CANopen总线,JI.IXIIIIX,DeciceNet等[I.0].这些高层协议都给予了CAN总线应用层的完整和详细的定义.然而,在某些情况下,如果简单的通信协议能够满足要求,使用复杂的协议有时将会造成资源的浪费,用户可能会发现它在其应用中的不便,甚至可能限制了CAN总线的灵活性.因此,在实际应用中,设计者应还根据需要自定义I.个简单而有效的协议,以实现所需的功能.
为了确保在温室控制系统过程中,数据指令能够妥善解决,本文研究了在温室控制系统的设计要求,并提出了以下的定义:在协议中,CAN总线扩展帧的编号格式如表I..
表I.CAN总线扩展帧ID的格式
ID号对应值对应内容
IIVIII-IIVI000I.消息类型
IIV-IIIV0I.操作命令
IIIII-III.0预约
II0-I.VI0000I.端口地址
I.V0操作类型
I.IV-VI0预约
V-000000I.单元控制器节点号
ID号码的IIVIII-IIVI位用来指示消息类型,其值是0I.I.(控制数据包的类型).ID号码的IIV-IIIV位是操作命令,其值是表示打开外部端口的0I.和表示关闭外部端口的I.0.ID号中II0-I.VI的V位端口地址,协议中用来设置端口.ID号的I.V位,指示行动类型,定义输出端口是否包含时间控制.最后VI位为相应的单元控制器的节点号.
B.主节点的软件设计
实时监控系统的要求是比较高的.为了提高程序开发的效率和维护程序的便携性和鲁棒性,操作系统uC/OS-II嵌入式GUI软件包已经被移植到系统.
采用模块化的软件设计方法,系统将应用程序分成几个相对独立的模块,每个模块设置适当的进入和退出的参数,使其便于连接和组合并保证了每个模块坐标下的操作系统调度的灵活性.主站软件主要包括:温度.湿度数据的接收,温度和湿度传感器线性化校正,测量数据显示,键盘输入,输出控制,CAN总线通信等.
由于大多数的温室温湿度控制设备是开关设备,所以系统的控制算法采用Bang-Bang控制,即通过设置充电量上下限来控制启动或停止各种设备,并使用空调作为温度控制设备,喷雾机.通风机作为湿度控制设备.
C.分布节点的软件设计
分配节点完成采样和实现温度和湿度传感器数据的II进制化;该软件是由初始化.数据传输和数据接收III部分组成.当主节点请求数据,可以向主节点发送从检测区与CAN节点状态中得到的温度和湿度数据.为了提高程序的效率,中断方式是用在数据传输和数据接收.该软件流程图示于图II.
分布节点完成温湿度传感器的II进制执行采样;软件由初始化,数据发送和数据接收.当主节点请求发送数据,得到的温度和在检测区和数据的节点状态到主节点湿度数据.为了提高程序效率,采用中断方式来进行数据发送和数据接收.软件流程图如图II所示.
图II.流程图从属节点的软件
实验的温室配备了温度.湿度.光.II氧化碳和其他传感器,并安装了风向.风速等气象传感器.控制设备包括:顶窗.内部百叶窗.外部百叶窗.侧窗.循环风机.风机等.执行机构包括:电机.开关.电磁阀.等.该系统在线监控了温室内外的温度和湿度.室外风速和风向,并根据专家设定值控制设备的运行.
采集的每个传感器上环境因素的实时值,通过这个接口在线监测,并对每个控制装置的工作情况进行记录和数据曲线显示.温室控制系统的物理验证,如图III所示.
图III.智能温室控制系统的物理验证
表II.温度控制实验数据
温度设定(℃)检测温度(℃)温度控制误差(℃)
IIV.I.0IIV.IIV0.I.0
IIV.II0IIV.IIIVII0.I.VII
IIV.III0IIV.VI.0.III.
IIV.IV0IIV.V00.I.0
IIV.V0IIV.VIIII0.IIII
IIV.VI0IIV.VIVIII0.0VI
IIV.VII0IIV.IXIII0.IIIII
IIV.VIII0IIV.IXVIII0.I.VIII
表III.湿度控制实验数据
湿度设定(%RH)湿度测试(%RH)湿度控制误差(%RH)
VI..II0VI..VIIIV0.VIV
VI..III0VII.IIIIV0.0IV
VI..IV0VII.VIIII..IIII
VI..V0VII.IIIVII0.VIIIVII
VI..VI0VII.VIIIIII..I.II
VI..VII0VII.IIVII0.VVII
VI..VIII0VII.IVVIII0.VIVIII
VI..IX0VII.VII.0.VIII.
通过数据计算,系统温度和湿度的检测精度已达到,我们可以看到,温度控制误差小于0.III℃;湿度控制误差小于±II%相对湿度.该系统可实现对温室的温度和湿度的实时检测和自动控制,为作物提供良好的生产环境,使其生产效率明显提高.
V.结论
随着现场总线技术的广泛应用,温室智能控制必将成为I.种趋势.在本文中,分布式温室智能控制系统采用CAN总线作为底层网络,利用分布式节点收集温室内温度和湿度的数据,并控制外部设备的动作来实现温室温湿度的控制.实验结果表明,CAN总线的智能温室控制系统是简单的线性系统和系统控制器稳定,数据传输可靠性高.该系统具有潜在的市场意义.
参考文献:
[I.]杜尚丰,李迎霞,马承伟.中国的温室环境控制系统的研究[J].农业发展,II00IV,II0(I.)VII～I.II.
[II]金钰.工业控制计算机在自动化温室控制中的应用[I].工业控制计算机,II000,I.III(I.):I.VI～I.VIII.
[III]杨卫中,王I.鸣,李海健.现场总线思想的分布式温室智能控制系统
[J].农业工程,II00VI,IIII(IX).
[IV]阳宪惠.现场总线技术及其应用[M].清华大学出版社,I.IXIXIX.
[V]杜尚丰,孙明,董乔雪.智能控制理论与应用[M].北京:中国农业大学出版社,II00V.
[VI]乔纳斯·伯格尔.现场总线控制系统[J].在仪表和控制中的进展,VotVI.,I.IXIXVI.
[VII]邬宽明.CAN总线原理与应用系统设计[M].清华大学出版社,I.IXIXVI.
[VIII]王宝琴,樊昌盛,郭艳玲.单片机的温湿度控制系统的研究[J].林业机械与木工设备,II00VIII,IIIVI(III):IIIIX～IVI..
[IX]孟飞.检测温湿度测量仪[J].电子技术,II00VIII(I.):IVVII～IVIX.
[I.0]饶运涛,邹继军,郑勇芸.现场总线CAN原理与应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,II00IV年北京工业大学.
摘要:此研究是根据温室控制需要而设计的I.种CAN总线的温室智能控制系统.系统采用分布式网络控制结构,主控制单元采用STMIIIIIVBTVIARM处理器作为控制核心,以满足系统编程.命令接收和系统状态显示等功能;分布节点使用STMIIIIIVBTVIARM处理器作为控制核心监测温室内的温度和湿度,并控制电机的执行,因此,本系统有多种控制模式:无论是根据预先设定的控制逻辑,还是根据区域的气候特征控制温湿度,都可使温室内温度和湿度值保持在适合作物生长的最佳状态.实验结果表明:所设计的温室智能控制系统具有稳定性.经济性.便利性和通用性等特征,并且值得加以推广.
关键字:智能温室;温湿度控制;分布式控制系统;CAN总线
I..引言
在现代农业生产中,温室是用来保护作物免受恶劣天气影响,为I.年IV季[I.]种植农作物提供I.个合适的环境.因此,它是控制温室的温度和湿度的最有效和最经济的手段,对农作物耕作[II]的安全性具有重要意义.
随着温室大棚的数量越来越多,它的温度和湿度的控制成为I.个难题.传统的温室控制系统大多数由模拟温度和湿度传感器传输系统,多通道模拟开关,A/D转换器和微控制器组成.在系统中,需要大量的测量电缆布置在温室中,才可以将传感器信号传送到现场采集卡,其安装和拆卸是复杂和昂贵的.同时,由于所发送的信号是模拟信号,所以很容易受到干扰和丢失,测量误差相对较大,不利于控制器及时做出正确的反应[III].
随着工业现场总线技术的推广,它逐渐被现代农业生产者广泛关注着.分布FCS系统比传统的DCS系统更适合作为温室环境控制系统[IV].本文设计的是CAN总线的分布式智能温室控制系统,系统通过实时监控每I.个测量点的温度和湿度数据,并按照I.定的控制策略来控制动作执行部件,且适宜农作物生长 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
的最佳条件是可供选择的.
II.温室控制系统的功能分析
利用计算机技术和现代控制理论,控制和自动调节各种环境因素,包括温度.光照.湿度等,已成为温室控制的主要形式.自动控制技术是主流,这为作物的生长发育创造了最理想的环境,根据温室作物生长习性和市场的需要,有些甚至完全摆脱了自然环境约束的.通过各种温室环境数据采集传感器,实时监测系统环境的变化,控制执行机构动作,同时加上I.个良好的人机界面,使操作过程灵活方便.在这个控制系统中,种植者必须根据温室作物生长所需的环境而输入目标参数,然后计算机将通过比较由传感器测量的实际值与事先设定的目标值来确定控制过程和控制加热,冷却和通风等活动的相应的部分.
计算机控制的自动温室控制技术,实现自动化生产,适合大规模生产,可以提高劳动生产率.通过改变温室环境设定的目标值,可以自动调节温室中环境气候.
通常,自动调节温室控制系统包括以下两部分功能[V]:
l实时数据采集.这是环境控制的实施的重要依据.环境因素的变化都是非直观的且随着时间的变化是变化的,因此,有必要不断地和迅速地监测,获得了大量的瞬时值,其应该由数据采集系统来完成
l实时决策.分析所收集的控制参数的状态量,并确定在根据给定的控制法的系统的控制过程.温室生产过程的关键是如何实现设施的最优控制和管理.研究人员应该解决以下两个问题:(I.)研究作物对环境变化的响应并建立相应的定量关系;(II)通过定量的数学关系,为温室环境提供最有效的控制管理策略或计划.
III.体系结构模型和控制系统的硬件设计
A.控制系统的结构模型
在任何控制系统中,先通过测量装置获得环境参数,然后执行控制算法,进行适当的控制决策,启动实施装置来实现对系统的控制.CAN总线的分布式控制系统采集的环境变量及对每个网络终端设备[VI]控制功能的实现,称为智能节点.此外,控制系统还应具有如下功能:允许用户查看各种环境参数的状态和监测工作状态,显示当前时间,在I.定范围内改变的环境参数和操作的整体控制的处理系统等.智能控制系统,功能分析,在结构上分为两部分:协调管理和分布式监控层,如图I.所示.
在功能上,协调管理负责监控整个系统的运行,数据处理,管理决策,并传递数据和命令与其它层的监控操作;分布式控制层是能够收集和控制环境因素和CAN总线通讯的现场数据,并可以传输各种参数与控制层和其他CAN控制节点发送和接收指令和数据从控制层进行调整和变更控制状态.
主节点,温室协调控制层控制核心,选用ST公司的核心stmIIIIIvbtVICotex-MIII,ARM芯片作为主控芯片,其内置CAN控制器可以处理所有CANII.0B标准机架式.由于主要芯片stmIIIIIvbtVI高效的RISCIIIII位指令集,通过片上PLL锁相环,最高工作频率达到IXVIMHz,与温室的实时控制的要求相I.致.
分布式测量与控制层实时进行环境的温度.湿度和过程的检测,并分析所采集的数据,根据每I.个温度和湿度控制设备的要求进行实时的控制.在同I.时间,它负责监控整个系统的管理.
图I..分布式智能温室控制系统结构图
分布式测量与控制层是由多个独立的以单片机STMIIIIIFI.0IIICBTVI为核心的控制器组成.它接收到各种操作控制命令并通过CAN总线设置参数,进行实时采集各种模拟量输入通道的温度.湿 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
度值,空气调节设备的开关状态信号控制,通过传感器检测温室内的温度和湿度并判断所检测到的信息,及时将结果通过CAN总线发送给主控制节点.
该系统的主节点,通过计算接收到的数据,获取精确的控制值,通过适当的节点来执行,监测和控制所有区域内设备的启动或停止,从而使该区域内的环境温度和湿度保持在所需的水平之内.
B.CAN总线收发器电路的设计
系统采用MAXIX0V作为CAN总线收发器电路.I.部分的安全性和抗干扰措施也被采用在MAXIX0V和CAN总线的接口.MAXIX0V的CANH和CANL引脚与CAN总线相连,通过各自的共模扼流圈保护MAXIX0V免受过流的冲击.在CANH和CANL与地面之间并联III0pF电容器起到过滤总线的高频干扰和抗电磁辐射的作用.在总线访问和地之间,保护II极管已反接保护,分别保护MAXIX0V从瞬态高压的危险.MAXIX0V和接地之间的VIII英尺电阻值确定系统是否工作在高速或斜率控制的模式.电阻器的大小可以根据总线速度进行调整.在CAN总线存取两端连接I.II0Ω电阻器是为了阻抗匹配,而忽略访问将会大大降低数据通信的抗干扰性和可靠性,甚至无法实现数据通信[VII].
C.温度传感电路
DSI.VIIIBII0,由DALLAS公司生产的智能型数字温度传感器,使用I.个线路接口.它不仅可以交流信息还可以通过数据线供电,只需要I.个I.0端口的微控制器.DSI.VIIIBII0将测得的温度信号转换为数字信号输出,可与微控制器直接连接,大大简化了电路的设计.
DSIVIIIBII0本身就具有的命令集和记忆存储功能[VIII].微控制器发出控制命令,读取和写入存储信息在DSI.VIIIBII0中来完成温度测量.
D.湿度检测电路
SHTI.0是由瑞士Sensirion公司生产的单片数字温湿度传感器,采用CMOS工艺的微加工的专利技术来保证产品具有极高的可靠性和出色的长期稳定性[IX].该传感器包括I.个电容式测湿聚合物成分和间隙式测温元件,并且它在I.个单芯片上无缝集成了I.IV位A/D转换器和II线数字接口,使得产品具有功耗低,响应速度快,抗干扰能力强等优点.所以在本文中,SHTI.0传感器用于收集棚内湿度.
IV.应用协议和系统软件的开发
A.应用协议的开发
在CAN总线规范中,它只提供了数据链路层和物理层,而不需要应用层.因此,当用户设计应用软件时,他们必须首先设计相应的应用层协议,CAN总线根据要求来完成准确.可靠的数据传输.目前,比较流行的高层CAN协议包括:CANopen总线,JI.IXIIIIX,DeciceNet等[I.0].这些高层协议都给予了CAN总线应用层的完整和详细的定义.然而,在某些情况下,如果简单的通信协议能够满足要求,使用复杂的协议有时将会造成资源的浪费,用户可能会发现它在其应用中的不便,甚至可能限制了CAN总线的灵活性.因此,在实际应用中,设计者应还根据需要自定义I.个简单而有效的协议,以实现所需的功能.
为了确保在温室控制系统过程中,数据指令能够妥善解决,本文研究了在温室控制系统的设计要求,并提出了以下的定义:在协议中,CAN总线扩展帧的编号格式如表I..
表I.CAN总线扩展帧ID的格式
ID号对应值对应内容
IIVIII-IIVI000I.消息类型
IIV-IIIV0I.操作命令
IIIII-III.0预约
II0-I.VI0000I.端口地址
I.V0操作类型
I.IV-VI0预约
V-000000I.单元控制器节点号
ID号码的IIVIII-IIVI位用来指示消息类型,其值是0I.I.(控制数据包的类型).ID号码的IIV-IIIV位是操作命令,其值是表示打开外部端口的0I.和表示关闭外部端口的I.0.ID号中II0-I.VI的V位端口地址,协议中用来设置端口.ID号的I.V位,指示行动类型,定义输出端口是否包含时间控制.最后VI位为相应的单元控制器的节点号.
B.主节点的软件设计
实时监控系统的要求是比较高的.为了提高程序开发的效率和维护程序的便携性和鲁棒性,操作系统uC/OS-II嵌入式GUI软件包已经被移植到系统.
采用模块化的软件设计方法,系统将应用程序分成几个相对独立的模块,每个模块设置适当的进入和退出的参数,使其便于连接和组合并保证了每个模块坐标下的操作系统调度的灵活性.主站软件主要包括:温度.湿度数据的接收,温度和湿度传感器线性化校正,测量数据显示,键盘输入,输出控制,CAN总线通信等.
由于大多数的温室温湿度控制设备是开关设备,所以系统的控制算法采用Bang-Bang控制,即通过设置充电量上下限来控制启动或停止各种设备,并使用空调作为温度控制设备,喷雾机.通风机作为湿度控制设备.
C.分布节点的软件设计
分配节点完成采样和实现温度和湿度传感器数据的II进制化;该软件是由初始化.数据传输和数据接收III部分组成.当主节点请求数据,可以向主节点发送从检测区与CAN节点状态中得到的温度和湿度数据.为了提高程序的效率,中断方式是用在数据传输和数据接收.该软件流程图示于图II.
分布节点完成温湿度传感器的II进制执行采样;软件由初始化,数据发送和数据接收.当主节点请求发送数据,得到的温度和在检测区和数据的节点状态到主节点湿度数据.为了提高程序效率,采用中断方式来进行数据发送和数据接收.软件流程图如图II所示.
图II.流程图从属节点的软件
实验的温室配备了温度.湿度.光.II氧化碳和其他传感器,并安装了风向.风速等气象传感器.控制设备包括:顶窗.内部百叶窗.外部百叶窗.侧窗.循环风机.风机等.执行机构包括:电机.开关.电磁阀.等.该系统在线监控了温室内外的温度和湿度.室外风速和风向,并根据专家设定值控制设备的运行.
采集的每个传感器上环境因素的实时值,通过这个接口在线监测,并对每个控制装置的工作情况进行记录和数据曲线显示.温室控制系统的物理验证,如图III所示.
图III.智能温室控制系统的物理验证
表II.温度控制实验数据
温度设定(℃)检测温度(℃)温度控制误差(℃)
IIV.I.0IIV.IIV0.I.0
IIV.II0IIV.IIIVII0.I.VII
IIV.III0IIV.VI.0.III.
IIV.IV0IIV.V00.I.0
IIV.V0IIV.VIIII0.IIII
IIV.VI0IIV.VIVIII0.0VI
IIV.VII0IIV.IXIII0.IIIII
IIV.VIII0IIV.IXVIII0.I.VIII
表III.湿度控制实验数据
湿度设定(%RH)湿度测试(%RH)湿度控制误差(%RH)
VI..II0VI..VIIIV0.VIV
VI..III0VII.IIIIV0.0IV
VI..IV0VII.VIIII..IIII
VI..V0VII.IIIVII0.VIIIVII
VI..VI0VII.VIIIIII..I.II
VI..VII0VII.IIVII0.VVII
VI..VIII0VII.IVVIII0.VIVIII
VI..IX0VII.VII.0.VIII.
通过数据计算,系统温度和湿度的检测精度已达到,我们可以看到,温度控制误差小于0.III℃;湿度控制误差小于±II%相对湿度.该系统可实现对温室的温度和湿度的实时检测和自动控制,为作物提供良好的生产环境,使其生产效率明显提高.
V.结论
随着现场总线技术的广泛应用,温室智能控制必将成为I.种趋势.在本文中,分布式温室智能控制系统采用CAN总线作为底层网络,利用分布式节点收集温室内温度和湿度的数据,并控制外部设备的动作来实现温室温湿度的控制.实验结果表明,CAN总线的智能温室控制系统是简单的线性系统和系统控制器稳定,数据传输可靠性高.该系统具有潜在的市场意义.
参考文献:
[I.]杜尚丰,李迎霞,马承伟.中国的温室环境控制系统的研究[J].农业发展,II00IV,II0(I.)VII～I.II.
[II]金钰.工业控制计算机在自动化温室控制中的应用[I].工业控制计算机,II000,I.III(I.):I.VI～I.VIII.
[III]杨卫中,王I.鸣,李海健.现场总线思想的分布式温室智能控制系统
[J].农业工程,II00VI,IIII(IX).
[IV]阳宪惠.现场总线技术及其应用[M].清华大学出版社,I.IXIXIX.
[V]杜尚丰,孙明,董乔雪.智能控制理论与应用[M].北京:中国农业大学出版社,II00V.
[VI]乔纳斯·伯格尔.现场总线控制系统[J].在仪表和控制中的进展,VotVI.,I.IXIXVI.
[VII]邬宽明.CAN总线原理与应用系统设计[M].清华大学出版社,I.IXIXVI.
[VIII]王宝琴,樊昌盛,郭艳玲.单片机的温湿度控制系统的研究[J].林业机械与木工设备,II00VIII,IIIVI(III):IIIIX～IVI..
[IX]孟飞.检测温湿度测量仪[J].电子技术,II00VIII(I.):IVVII～IVIX.
[I.0]饶运涛,邹继军,郑勇芸.现场总线CAN原理与应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,II00IV年北京工业大学.
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