溫室智能控制器硬件設(shè)計(jì)

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(shí)現(xiàn)監(jiān)測報(bào)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(jī)通訊，將存儲數(shù)據(jù)傳送到PC 機(jī)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(shí)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(jì)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(yuǎn)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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?，F(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、測溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。

　?。?3） TDR － 3 型土壤水分傳感器

　　TDR － 3 型土壤水分傳感器是一款高精度、高靈敏度的測量土壤濕度的傳感器。

　　其技術(shù)參數(shù)為： 量程： 0 ～ 100% （ m3 /m3 ） ; 精度： 0 ～ 50% （ m3 /m3 ） 范圍內(nèi)為± 2% （ m3 /m3 ） ; 測量區(qū)域：

　　90%的影響在圍繞中央探針的直徑3cm、長為6cm 的圓柱體內(nèi)； 穩(wěn)定時間： 通電后約10 秒； 響應(yīng)時間： 響應(yīng)在1 秒內(nèi)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)過程； 工作電壓： 4. 5 ～ 5. 5 VDC，典型值5. 0 VDC; 工作電流： 50 ～ 70mA，典型值60 mA; 輸出信號： 0 ～ 2. 5V; 密封材料： ABS 工程塑料； 探針材料： 不銹鋼； 電纜長度： 標(biāo)準(zhǔn)長度5m，最大長度20m。

　?。?4） TBQ － 6 型光照強(qiáng)度傳感器

　　TBQ － 6 型室內(nèi)光強(qiáng)度傳感器采用先進(jìn)的電路模塊技術(shù)開發(fā)變送器，用于實(shí)現(xiàn)對環(huán)境光照度的測量，輸出標(biāo)準(zhǔn)的電壓及電流信號，體積小，安裝方便，線性度好，傳輸距離長，抗干擾能力強(qiáng)?？蓮V泛用于環(huán)境、養(yǎng)殖、建筑、樓宇等的光照度測量，量程可調(diào)。

　　其技術(shù)參數(shù)為： 量程： 0 － 200Klux; 供電電壓： 24VDC /12VDC; 波長測量范圍： 380nm － 730nm; 輸出信號：

　　4 － 20mA; 精度： ± 5%; 工作環(huán)境： 溫度30 － 60℃，濕度0 － 90% RH。

　　1. 3 控制器選型

　　1.3.1 采集器選擇

　　下位采集器選用C8051F350，理由如下：

　?。?1） C8051F350 器件是完全集成的混合信號片上MCU 芯片。內(nèi)部有一個具有在片校準(zhǔn)功能的全差分24 位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ ADC） 。兩個獨(dú)立的抽取濾波器可被編程到1KHz 的采樣率； 可以使用內(nèi)部的2. 5V 電壓基準(zhǔn)，也可以用差分外部基準(zhǔn)進(jìn)行比率測量［3］。

　?。?2） C8051F350 包含一個擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)，支持12 個中斷源，每個中斷源有兩個優(yōu)先級。中斷源在片內(nèi)外設(shè)與外部輸入引腳之間的分配隨器件的不同而變化。每個中斷源可以在一個SFR 中有一個或多個中斷標(biāo)志。

　?。?3） C8051F350 系列MCU 內(nèi)部有一個SMBus /I2C 接口、一個具有增強(qiáng)型波特率配置的全雙工UART 和一個增強(qiáng)型SPI 接口。每種串行總線都完全用硬件實(shí)現(xiàn)，都能向CIP － 51 產(chǎn)生中斷，因此需要很少的CPU干預(yù)。便于和RS485 總線接口通信。