智能溫室系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)

現(xiàn)代溫室自動控制系統(tǒng)可測量風速、風向、濕度、溫度、光照、氣壓、雨量、太陽紫外線、太陽輻射量、土壤溫濕度等農(nóng)業(yè)環(huán)境要素，根據(jù)溫室植物生長要求，自動控制開窗、卷膜、風機濕簾、生物補光、灌溉施肥等環(huán)境控制設(shè)備，自動調(diào)控溫室內(nèi)環(huán)境，達到適宜植物生長的范圍，為植物生長提供最佳環(huán)境。

溫室是指在不適宜植物生長的季節(jié)，能提供對植物生長所需溫度、濕度、二氧化碳及植物生長所需水分，從而增加瓜果蔬菜產(chǎn)量。

a.溫度因素：植物只有在一定的溫度范圍內(nèi)才能夠生長，它可以影響光合、呼吸、蒸騰等代謝過程，也可以通過影響有機物的合成和運輸?shù)却x過程來影響植物的生長，還可以直接影響土溫、氣溫，通過影響水肥的吸收和輸導(dǎo)來影響植物的生長。由于參與代謝活動的酶的活性在不同溫度下有不同的表現(xiàn)，所以溫度對植物生長的影響也具有最低、最適和最高溫度三基點，植物只能在最低溫度與最高溫度范圍內(nèi)生長，如果在最適溫度下，植物體內(nèi)的有機物消耗過多，植株反倒長得細長柔弱。

b.濕度因素：空氣濕度的大小影響植物氣孔的開閉，空氣濕度過大或過小都會導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，植物氣孔關(guān)閉，CO2不能進入葉肉細胞，光合作用減慢甚至停止。濕度過大有利于病菌的繁殖，大多數(shù)真菌孢子的萌發(fā)、菌絲的發(fā)育都需要較高濕度，過低有利于蟲害的的發(fā)生，比如紅蜘蛛等螨類的發(fā)生一般在高溫低濕的環(huán)境中。

c.二氧化碳因素：CO2是光合作用的必需物質(zhì)，光合作用是生物界最基本的物質(zhì)代謝和能量代謝，一切生物的生命活動都直接或間接地依賴于光合作用制造的有機物和固定的太陽能。呼吸作用分有氧呼吸和無氧呼吸。無氧呼吸可生成酒精或乳酸，有氧呼吸生成是CO2和H2O，二者都能釋放能量。植物的光合作用為呼吸作用提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，呼吸作用為光合作用提供了能量和原料，它們二者是相互依存、相互對立的兩個過程，共處于一個統(tǒng)一體中，沒有光合作用合成的有機物，就不可能有呼吸作用與氧反應(yīng)被分解的有機物，沒有光合作用釋放出的O2，空氣中也不可能有持續(xù)足夠供給生物呼吸的O2，如果沒有呼吸作用釋放的能量，光合作用也無法進行，且呼吸作用釋放的CO2也是光合作用的原料之一。

d.水分因素：植物對與水分在植物生長的不同階段有著不同的需求，如番茄和辣椒在育苗期需足夠的水分來對植物進行補充，而到結(jié)果以后就需少量的水分如果水分過大會導(dǎo)致結(jié)果以后果實腐爛所以水分的多少對植物生長有至關(guān)重要的作用，不容忽視。

一、智能溫室系統(tǒng)架構(gòu)組成

智能溫室大棚系統(tǒng)分3大部分:數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)傳輸部分、控制部分。

1.1數(shù)據(jù)采集部分

(1)溫度傳感器:該傳感器采用3大模塊組成:a.溫度傳感器模塊，精度等級在±0.5℃；b.單片機系統(tǒng)模塊；c.無線發(fā)送模塊；d.超長待機電池。

(2)濕度傳感器：該傳感器采用3大模塊組成：a.濕度傳感器模塊，采用美國進口的SHT11模擬頭，精度等級在土3%RH；b.單片機系統(tǒng)模塊；c.無線發(fā)送模塊；d.長待機電池。

溫濕度傳感器模塊檢測到現(xiàn)場的溫度數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)交由單片機處理，單片機直接將接受到傳感器數(shù)字信號處理，最終驅(qū)動無線發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)無線發(fā)出。每只傳感器都帶有一個ID號，而此ID號是有24位的字母、數(shù)字組成，可以實現(xiàn)無限的序號組合，即可實現(xiàn)全球唯一ID號；每只標簽的ID號與其所在的位置是相對應(yīng)的，這個可以在系統(tǒng)建數(shù)據(jù)庫時，位置綁定在該ID號的信息中。即當系統(tǒng)讀取到序號為“1234567”的ID號時，系統(tǒng)即會知道該標簽是處于：第幾號溫室?那個位置段?如該標簽測量的數(shù)據(jù)較高時，系統(tǒng)就會知道具體的位置。此無線溫度傳感器的傳輸距離可達120米。

(3)CO2傳感器：該傳感器采用紅外光譜形式，0-2000PPM的量程能滿足植物研究的所有需求。傳感器對科研型溫室高溫、高濕不敏感。

(4)降雨感知傳感器：主要用于探測是否有降雨，該產(chǎn)品具有判斷降雨和結(jié)露的不同情況，具有工作可靠，價格便宜等特點。

(5)土壤濕度傳感器：采用水利部認證傳感器，該傳感器采用先進的“時域反射原理”，桿式設(shè)計，感應(yīng)部分48cm，適用于測量任何類型土壤的體積含水量，測量精確，性能穩(wěn)定可靠。

(6)水暖水溫傳感器與土壤溫度傳感器：一致性好，精度高，密封性好。

(7)液面濕度傳感器:主要測量植物表面的葉面蒸發(fā)程度及植物表面的濕度情況，適用于高檔花卉。例：一品紅，該系列傳感器適用于農(nóng)業(yè)、園林、氣象、環(huán)保等領(lǐng)域?qū)囟群蜐穸鹊臏y量，經(jīng)過絕緣封裝等加工工藝，可在高溫高濕等惡劣環(huán)境中長期穩(wěn)定地工作。

(8)雨量傳感器：本儀器反斗部件翻轉(zhuǎn)靈敏，性能穩(wěn)定，工作可靠。承雨口采用不銹鋼皮整體沖拉而成，光潔度高，滯水產(chǎn)生的誤差小。儀器外殼用不銹鋼制成，防銹能力強，外觀質(zhì)量佳。

(9)風速風向傳感器：“風速風向傳感器”內(nèi)部裝有精密旋轉(zhuǎn)運動部件，這些機械部件的穩(wěn)定性非常好，能在惡劣環(huán)境下保持傳感器的測量精度，外殼高強度特殊工程塑料具有極好的抗紫外老化作用。

以上的諸多品種傳感器，可直接安放在溫室內(nèi)，或溫室外。其中最為常用的傳感器為溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器，在本系統(tǒng)中針對此3種傳感器，我們采用無線的傳輸方式，用無線模塊將數(shù)據(jù)送至無線路由器。其他種類傳感器因考慮用量較少，用無線傳輸方式成本較高，暫時用有線傳輸數(shù)據(jù)。傳感器與其所在的位置是相對應(yīng)的，這個可以在系統(tǒng)建數(shù)據(jù)庫時，位置綁定在該ID號的信息中。即當系統(tǒng)讀取到序號為“1234567”的ID號時，系統(tǒng)即會知道該標簽是處于：第幾號溫室？那個位置段？如該標簽測量的數(shù)據(jù)較高時，系統(tǒng)就會知道具體的位置。

1.2數(shù)據(jù)傳輸部分

無線路由器：識讀標簽；微波2.4~2.5GHz微波頻段；吊掛式或固定支架安裝，防塵防水，與標簽的讀寫距離0~300米。無線路由器的信號覆蓋到無線傳感器的接收范圍內(nèi)時，路由器即能采集到標簽過來的數(shù)據(jù)信息；因現(xiàn)場需要檢測不同位置的環(huán)境，會安裝較多的傳感器，路由器接收的數(shù)據(jù)具備冗長性，通過數(shù)據(jù)融合，將多個無線傳感器數(shù)據(jù)整理成更精準的數(shù)據(jù)，無線發(fā)送給協(xié)調(diào)器；路由器除接收并發(fā)送無線傳感器的數(shù)據(jù)外，還可以作為其他路由器的上位路由，其他路由可以借此路由進行與協(xié)調(diào)器的通訊。

無線協(xié)調(diào)器：識讀中繼器，接收中繼傳送過來的信息，并將數(shù)據(jù)用串口上傳工控機；識別距離0~300米可調(diào)；微波2.4~2.5GHz頻段；吊掛式或固定支架安裝，工業(yè)RS485串口，防塵防水。協(xié)調(diào)器是最終連接電腦的設(shè)備，它前端采集路由數(shù)據(jù)，后端向電腦傳送數(shù)據(jù)。當現(xiàn)場數(shù)據(jù)較大，較多時，亦不會產(chǎn)生數(shù)據(jù)的擁堵。

1.3控制部分

智能溫室系統(tǒng)如圖1所示。

(1)工控機：采用工業(yè)PC機，較強的功能與性能，具備工業(yè)級別的串口通訊、I/O口輸入輸出。內(nèi)置強大的軟件控制功能：穩(wěn)定的數(shù)據(jù)采集、基于實際應(yīng)用的數(shù)據(jù)分析、專家數(shù)據(jù)庫、精準的控制邏輯。

(2)PLC控制：采用西門子公司的S7系列PLC；多路穩(wěn)定的I/O控制、工業(yè)級別的串口通訊、精準的控制時序。

(3)驅(qū)動控制：電機、氣缸、電磁閥。

(4)現(xiàn)場執(zhí)行單元：內(nèi)遮陽、外遮陽、頂開窗、側(cè)開窗、濕簾外開窗、濕簾水泵、濕簾風機、2組風機、內(nèi)循環(huán)風機、補光燈、噴霧、微噴等設(shè)備。

二、智能溫室系統(tǒng)原理

智能溫室環(huán)境控制中最重要的4個參數(shù)：空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、光照度。根據(jù)溫室大棚內(nèi)的溫濕度、土壤水分、土壤溫度等傳感器采集到的信息，接到上位計算機上進行顯示、報警、查詢。監(jiān)控中心將收到的采樣數(shù)據(jù)以表格形式顯示和存儲，然后將其與設(shè)定的報警值相比較，若實測值超出設(shè)定范圍，則通過屏幕顯示報警或語音報警，并打印記錄。

溫室數(shù)據(jù)執(zhí)行流程如圖2所示。

2.1空氣溫度控制

(1)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集：在溫室內(nèi)安放多個無線傳感器，因傳感器無線發(fā)送數(shù)據(jù)，所以不用擔心布線的繁雜，可以將傳感器安放在溫室內(nèi)的任何一個地方，并且可以隨意地調(diào)整位置。傳感器還內(nèi)存有ID號，每個傳感器的ID是全球唯一，是代表該傳感器的身份。傳感器安放好后，傳感器的ID號、采集的數(shù)據(jù)、所在位置等信息會一并傳給路由器。

一般把一天分為午前、午后、前半夜和后半夜4個時段來進行溫度調(diào)節(jié)。午前以促進光合作用、增加同化量為主；午后光合作用呈下降趨勢；日落后以促進體內(nèi)同化物的運轉(zhuǎn)；夜溫以抑制呼吸、減少消耗、增加積累；傳感器內(nèi)置單片控制系統(tǒng)，因此可以設(shè)置傳感器檢測和外發(fā)數(shù)據(jù)的周期，就可以設(shè)置傳感器外發(fā)數(shù)據(jù)的周期為1次/小時、1次/分鐘、或1次/30秒等，一來可以根據(jù)現(xiàn)場的實際需求而定，二來可以為傳感器節(jié)省電能，使用的時間更長久。

(2)數(shù)據(jù)傳輸：傳感器將采集到的數(shù)據(jù)無線發(fā)送給室內(nèi)的路由器，路由器接收并轉(zhuǎn)化傳感器的數(shù)據(jù)，標簽是利用電磁波形式傳遞數(shù)據(jù)，路由接收后，解調(diào)該數(shù)據(jù)。在同一時間會有多個標簽向路由發(fā)送數(shù)據(jù)，路由會將接收到的數(shù)據(jù)進行融合，整理成較精準的數(shù)據(jù)發(fā)出。如：路由器除接收并發(fā)送無線傳感器的數(shù)據(jù)外，還可以作為其他路由器的上位路由，其他路由可以借此路由進行與協(xié)調(diào)器的通訊。協(xié)調(diào)器是最終連接電腦的設(shè)備，它前端采集路由數(shù)據(jù)，后端向電腦傳送數(shù)據(jù)。

(3)控制時序：A、溫度高于標準值：每種植物都有不同的溫度生長曲線，植物在不同的時間段都會有不同的適宜生長溫度，如在每一天中，植物對于溫度的需求就有4種，這是因為其處于不同的時段，會有不同的轉(zhuǎn)化機能。當溫室內(nèi)的空氣溫度高于標準值時，系統(tǒng)會自動比較在某時段標準值與實際值的差異，進而來控制不同設(shè)備進行降溫。如：ID號為“123456789”的傳感器，檢測到現(xiàn)場的溫度數(shù)據(jù)為35.4℃時，數(shù)據(jù)經(jīng)由無線路由，無線協(xié)調(diào)器，最終將數(shù)據(jù)上傳給工控機。系統(tǒng)為保證該溫度值不是瞬間的值，會在第一次接收到該ID號的數(shù)據(jù)后延時0-90秒，再取值比較，借以準確的判斷該值是一個趨勢值。系統(tǒng)會調(diào)出在該段時間的標準值27℃，并與現(xiàn)場數(shù)據(jù)比對，判斷比現(xiàn)場的溫度高8.4℃，即會控制降溫設(shè)備開啟。

控制降溫設(shè)備的開啟順序：系統(tǒng)在一定的時間內(nèi)（0-99秒可調(diào)）判斷當前溫度值不能降低到目標值時，會順序開啟降溫設(shè)備；當現(xiàn)場溫度與目標溫度相差較大時，系統(tǒng)控制跳躍開啟其中的某項設(shè)備。天窗：分段開啟頂開窗系統(tǒng)；通過室外自然溫室調(diào)整溫室內(nèi)的溫度，依此原理，直至頂開窗系統(tǒng)為100%。側(cè)窗：再分段開啟側(cè)窗通風系統(tǒng)；依此原理，直至側(cè)開窗系統(tǒng)為100%。強制降溫過程：自然通風不能降低溫室內(nèi)的溫度時，系統(tǒng)自動關(guān)閉自然通風相關(guān)設(shè)備，采用強制通風的方式來控制室內(nèi)溫度。延時后，關(guān)閉天窗，其次關(guān)閉側(cè)窗。濕簾外翻窗：開啟濕簾外翻窗。一組風機：開啟第一組風機。濕簾水泵：開啟濕簾水泵。二組風機：開啟第二組風機。循環(huán)風機：

在一定的時間內(nèi)判斷當溫室內(nèi)的溫度不均勻時，開啟循環(huán)風機。噴林或噴霧：開啟屋頂噴淋系統(tǒng)。報警：判斷溫度降不到目標值，則計算機會開啟溫度過高報警，提示用戶需增加降溫設(shè)備。系統(tǒng)會時時檢測現(xiàn)場溫度，當現(xiàn)場溫度趨于目標溫度時，系統(tǒng)即關(guān)閉降溫設(shè)備。

B、溫度低于標準值：如：ID號為“123456789”的傳感器，檢測到現(xiàn)場的溫度數(shù)據(jù)為20℃時，線路由，無線協(xié)調(diào)器，最終將數(shù)據(jù)上傳給工控機。系統(tǒng)為保證該溫度值不是瞬間的值，會在第一次接收到該ID號的數(shù)據(jù)后延時0-90秒，再取值比較，借以準確的判斷該值是一個趨勢值。系統(tǒng)會調(diào)出在該段時間的標準值27℃，并與現(xiàn)場數(shù)據(jù)比對，判斷比現(xiàn)場的溫度低7℃，即會控制升溫設(shè)備開啟。控制升溫設(shè)備的開啟順序：系統(tǒng)在一定的時間內(nèi)（0-99秒可調(diào)）判斷當前溫度值不能升溫到目標值時，會順序開啟升溫設(shè)備；當現(xiàn)場溫度與目標溫度相差較大時，系統(tǒng)控制跳躍開啟其中的某項設(shè)備。內(nèi)遮陽保溫幕：拉下內(nèi)遮陽保溫幕，不使室內(nèi)溫度外泄。外遮陽幕：若外界光照較強，可打開外遮陽幕，通過光照升溫。熱風爐、水暖空調(diào)、暖氣：打開加熱裝置，是室內(nèi)溫度升溫。報警：判斷溫度降不到目標值，則計算機會開啟溫度過高報警，提示用戶需增加降溫設(shè)備。系統(tǒng)會時時檢測現(xiàn)場溫度，當現(xiàn)場溫度趨于目標溫度時，系統(tǒng)即關(guān)閉升溫設(shè)備。

2.2空氣濕度控制

(1)濕度高于標準值：如：ID號為“123456789”的傳感器，檢測到現(xiàn)場的濕度數(shù)據(jù)為80%RH時，數(shù)據(jù)經(jīng)由無線路由，無線協(xié)調(diào)器，最終將數(shù)據(jù)上傳給工控機。系統(tǒng)為保證該濕度值不是瞬間的值，會在第一次接收到該ID號的數(shù)據(jù)后延時0~90秒，再取值比較，借以準確的判斷該值是一個趨勢值。系統(tǒng)會調(diào)出在該段時間的標準值65%RH，并與現(xiàn)場數(shù)據(jù)比對，判斷比現(xiàn)場的溫度高15%RH，即會控制除濕設(shè)備開啟?？刂瞥凉裨O(shè)備的開啟順序：系統(tǒng)在一定的時間內(nèi)（0~99秒可調(diào)）判斷當前濕度值不能降低到目標值時，會順序開啟除濕設(shè)備；當現(xiàn)場濕度與目標濕度相差較大時，系統(tǒng)控制跳躍開啟其中的某項設(shè)備。側(cè)窗：分段開啟側(cè)窗通風系統(tǒng)，進行除濕，依此原理，直至側(cè)開窗系統(tǒng)為100%。除濕機控制：開啟除濕機進行除濕。報警：判斷溫度降不到目標值,則計算機會開啟濕度過高報警，提示用戶需增加除濕設(shè)備。系統(tǒng)會時時檢測現(xiàn)場濕度，當現(xiàn)場濕度趨于目標溫度時，系統(tǒng)即關(guān)閉除濕設(shè)備。

(2)濕度低于標準值：如：ID號為“123456789”的傳感器，檢測到現(xiàn)場的濕度數(shù)據(jù)為40%RH時，數(shù)據(jù)經(jīng)由無線路由，無線協(xié)調(diào)器，最終將數(shù)據(jù)上傳給工控機。系統(tǒng)為保證該濕度值不是瞬間的值，會在第一次接收到該ID號的數(shù)據(jù)后延時0-90秒，再取值比較，借以準確的判斷該值是一個趨勢值。系統(tǒng)會調(diào)出在該段時間的標準值65%RH，并與現(xiàn)場數(shù)據(jù)比對，判斷比現(xiàn)場的溫度低15%RH，即會控制加濕設(shè)備開啟?？刂萍訚裨O(shè)備的開啟順序：系統(tǒng)在一定的時間內(nèi)（0-99秒可調(diào)）判斷當前濕度值不能升到到目標值時，會順序開啟加濕設(shè)備；當現(xiàn)場濕度與目標濕度相差較大時，系統(tǒng)控制跳躍開啟其中的某項設(shè)備。加濕機控制：開啟加濕機進行加濕。需設(shè)置相應(yīng)的目標值，系統(tǒng)就會自動運行。判斷時間保證了不是判斷瞬間濕度值的超標，而是判斷濕度整體趨勢的變化；在一定的時間內(nèi)濕度值都超標，才啟動控制條件。穩(wěn)定判斷時間保證溫室設(shè)備啟動后，不判斷瞬間達到目標值，而是穩(wěn)定一段時間后才判斷。避免了控制條件很快反復(fù)上升；也避免設(shè)備電機頻繁啟動，從而更好地保護電機。報警：判斷溫度降不到目標值，則計算機會開啟濕度過高報警，提示用戶需增加除濕設(shè)備。系統(tǒng)會時時檢測現(xiàn)場濕度，當現(xiàn)場濕度趨于目標溫度時，系統(tǒng)即關(guān)閉加濕設(shè)備。

2.3土壤溫度控制

(1)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集：在溫室內(nèi)安放多個有線傳感器，傳感器時時地通過線纜向電腦發(fā)送數(shù)據(jù)。

(2)控制時序：土壤溫度低于標準值：該傳感器是數(shù)字傳感器，內(nèi)存有0-99的ID號，現(xiàn)場變送出數(shù)字信號傳送給電腦。現(xiàn)場的溫度數(shù)據(jù)為15℃時，系統(tǒng)為保證該濕度值不是瞬間的值，會在第一次接收到該ID號的數(shù)據(jù)后延時0-90秒，再取值比較，借以準確的判斷該值是一個趨勢值。系統(tǒng)會調(diào)出在該段時間的標準值25℃，并與現(xiàn)場數(shù)據(jù)比對，判斷比現(xiàn)場的溫度低10℃，即會控制升溫設(shè)備開啟?？刂粕郎卦O(shè)備的開啟順序：系統(tǒng)在一定的時間內(nèi)(0-99秒可調(diào))判斷當前濕度值不能提高到目標值時，會順序開啟升溫設(shè)備；當現(xiàn)場溫度與目標溫度相差較大時，系統(tǒng)控制跳躍開啟其中的某項設(shè)備。內(nèi)遮陽保溫幕：拉下內(nèi)遮陽保溫幕，不使室內(nèi)溫度外泄。外遮陽幕：若外界光照較強，可打開外遮陽幕，通過光照升溫。熱風爐、水暖空調(diào)、暖氣：打開加熱裝置，是室內(nèi)溫度升溫。報警：判斷溫度升不到目標值，則計算機會開啟溫度過低報警，提示用戶需增加升溫設(shè)備。系統(tǒng)會時時檢測現(xiàn)場溫度，當現(xiàn)場溫度趨于目標溫度時，系統(tǒng)即關(guān)閉升溫設(shè)備。

2.4光照度控制時序

光照度低于標準值：每種植物都有不同的溫度生長曲線，植物在不同的時間段都會有不同的適宜生長光照度，如在每一天中，植物對于光照度的需求就有多種，這是因為其處于不同的時段，會有不同的轉(zhuǎn)化機能。當溫室內(nèi)的光照度高于標準值時，系統(tǒng)會自動比較在某時段標準值與實際值的差異，進而來控制不同設(shè)備進行調(diào)整。如：ID號為“123456789”的傳感器，檢測到現(xiàn)場的光照度數(shù)據(jù)為50lux時，數(shù)據(jù)經(jīng)由無線路由，無線協(xié)調(diào)器，最終將數(shù)據(jù)上傳給工控機。系統(tǒng)為保證該光照度值不是瞬間的值，會在第一次接收到該ID號的數(shù)據(jù)后延時0~90秒，再取值比較，借以準確的判斷該值是一個趨勢值。系統(tǒng)會調(diào)出在該段時間的標準值300lux，并與現(xiàn)場數(shù)據(jù)比對，判斷比現(xiàn)場的溫度低250lux，即會控制設(shè)備開啟調(diào)控?？刂乒庹赵O(shè)備的開啟順序：系統(tǒng)在一定的時間內(nèi)(0~99秒可調(diào))判斷當前光照值不能升到目標值時，會順序開啟補光設(shè)備；當現(xiàn)場光照度與目標光照度相差較大時，系統(tǒng)控制跳躍開啟其中的某項設(shè)備。外遮陽幕打開：徐緩的打開外遮陽棚，使室外的陽光能照射進來。內(nèi)遮陽幕打開：打開外遮陽棚，使室外的陽光能照射進來。補光燈：打開補光燈，進行補光。報警：判斷光照度降不到目標值，則計算機會開啟光照度過高報警，提示用戶需增加光照度設(shè)備。系統(tǒng)會時時檢測現(xiàn)場光照度，當現(xiàn)場光照度趨于目標溫度時，系統(tǒng)即關(guān)閉光照設(shè)備。

2.5風速對外拉幕的保護

當室外風速超過保護值時，則系統(tǒng)自動啟動外拉幕的風速保護功能。條件級別保證外拉幕在非正常情況下(例：大風)，優(yōu)先自動收攏外拉幕，避免外拉幕遭到毀滅性破壞。判斷時間保證了不是判斷瞬間風的超標，而是判斷風整體趨勢的變化；在一定的時間內(nèi)風都超標，才啟動控制條件。穩(wěn)定判斷時間保證溫室設(shè)備啟動后，不判斷瞬間達到目標值，而是穩(wěn)定一段時間后才判斷。避免了控制條件很快反復(fù)上升；也避免設(shè)備電機頻繁啟動，從而更好地保護電機。

2.6風向及風速對天窗的保護

大風、雨雪保護：系統(tǒng)不是判斷瞬間風速的超標，而是判斷風整體趨勢的變化，以進行大風時關(guān)閉通風窗的保護。風向傳感器能判斷出是迎風還是背風，以進行不同級別的保護。

2.7CO2施肥

通過定時控制設(shè)置，可設(shè)多組CO2施肥時間規(guī)律的選擇。

2.8專家數(shù)據(jù)庫

系統(tǒng)內(nèi)置最新的農(nóng)業(yè)專家數(shù)據(jù)庫，根據(jù)不同作物的生產(chǎn)特性和要求可以自動調(diào)用相對應(yīng)的最佳控制方案和參數(shù)。

2.9數(shù)據(jù)報表、繪制曲線

記錄的數(shù)據(jù)可以導(dǎo)出“EXECL”報表，同時可以生成全日、全周、全月的變化趨勢曲線圖。

三、智能溫室終端

3.1GSM無線短信報警功能

系統(tǒng)可實現(xiàn)“GSM無線短信報警”，可以將“溫室的報警信息”以短信的方式迅速發(fā)到相關(guān)人員的“手機或PDA”上，請求人工干預(yù)。不同的溫室、不同的管理員手機號，均可以通過靈活地設(shè)定將他們組合關(guān)聯(lián)起來。因此，任何一個溫室出現(xiàn)報警都能迅速發(fā)到和該溫室相關(guān)的一人或多人的手機上。

3.2遠程監(jiān)控功能

通過連接寬帶互聯(lián)網(wǎng)，可以實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)遠程登陸訪問功能，方便異地監(jiān)控。

該系統(tǒng)立足物聯(lián)網(wǎng)的ZigBee應(yīng)用技術(shù)，實時遠程獲取溫室內(nèi)部的空氣溫度濕度、土壤水分與溫度、CO2濃度、光照強度、室外氣象等參數(shù)及視頻圖像,通過模擬分析，可以自動控制溫室濕簾風機、噴淋灌溉、內(nèi)外遮陽、頂窗側(cè)窗、加溫補光等設(shè)備，保證溫室內(nèi)環(huán)境適宜作物生長。同時，系統(tǒng)還可以通過手機、PDA、計算機等信息終端向管理者推送實時監(jiān)測及報警信息實現(xiàn)溫室智能化遠程管理，提高經(jīng)濟效益，達到綠色節(jié)能目的。

四、基于藍牙技術(shù)的溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

藍牙技術(shù)的組成部分主要有，無線傳感器、收集模塊和監(jiān)測核心，組成部分之間通過對信息的收集，形成對信息的傳播；傳統(tǒng)的溫室控制系統(tǒng)中，對測試點的要求就是需要控制到接觸點的方式和位置，增強抗擾能力、穩(wěn)定T作性能，保證溫室內(nèi)的濕度達到標準，滿足其需要的光照程度。溫室中有大量的傳感器及具體操作結(jié)構(gòu)組織，這些設(shè)施存在對溫室內(nèi)的物種，會有很大程度的改變，結(jié)合藍牙無線技術(shù)加以解決是很好的處理方式。

藍牙技術(shù)中包括了很多的無線傳感器、收集模塊和監(jiān)測核心，對溫室的布局有很大的作用，會溫室溫度實行各類高低溫的傳感方式，他們會通過藍牙作為介質(zhì)進行傳播，利用無線傳感實現(xiàn)與收集模塊之間的關(guān)系。溫室采集模塊要與相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息進行交換，在接受到命令之后，通過其中的指示做出相應(yīng)的信息傳輸。

4.1系統(tǒng)硬件設(shè)施規(guī)劃

對藍牙的實施利用，可以進行以下幾種規(guī)劃方法：1)常用的雙芯片方法：協(xié)議機要在主機掌握協(xié)議距離內(nèi)操作，協(xié)議級別，分別置于類似PC一樣的復(fù)雜資源之中。2)嵌入式雙芯片方法：協(xié)議機主要在下面的藍牙芯片上，主端通常是手機這樣的資源有限的處理器，只放應(yīng)用協(xié)議和適配協(xié)議。3)嵌入式單芯片方法：所有協(xié)議共作用在個嵌入的組織中，一般情況是一個沒有關(guān)聯(lián)作用的，單獨存在的藍牙設(shè)施，藍牙例絡(luò)的進入點。要對實際操作場地需要加以研究，監(jiān)牙模塊硬件上要求是基帶、射頻、協(xié)議機做在一個芯片巾單片的模塊，獲取藍牙溫室環(huán)境信息的收集渠道主要使用這種方法。

4.2無線傳感設(shè)施

由傳感器和藍牙收集模塊形成的傳感器，主要的作用是對溫室采取溫室數(shù)據(jù)。其中的主要表現(xiàn)形勢有：1)傳感器采用普通的溫、濕度等傳感器。2)處理器采用AT89C2052單片機。3)藍牙模塊選用由CSR藍牙芯片組成的通用藍纖模塊7708，CSR芯片集成了射頻、基帶以及可以運行藍牙協(xié)議機和上層應(yīng)用程序的處理器，片接口豐富，提供標準UART接口，編程接口，而且體積小，可通過編程口設(shè)置模塊，下載程序。4)基于CSR—BC212015芯片實現(xiàn)通用藍牙模塊7708，使用30dBm的發(fā)射功率，通信距離能夠達到100m。5)各個帶藍牙模塊的設(shè)備可以組成一個個匹克網(wǎng)，此間以主從方式進行數(shù)據(jù)通信。由于藍牙模塊的MAC地址為3位，因此在同一時刻只能激活8個設(shè)備(1個主設(shè)備，7個從設(shè)備)。當然，主設(shè)備在其它時刻可以作為另一個克網(wǎng)中的從設(shè)備，所以在實際通信中，各個克網(wǎng)之間相互交錯重疊。

五、藍牙軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件主要包括藍牙協(xié)議實現(xiàn)、傳感器端程序、采集模塊端程序和監(jiān)控中心程序組成。藍牙協(xié)議實現(xiàn)、傳感器端和采集模塊端程序采用C51編程語言編寫，監(jiān)控中心程序采用高級語言VisualBasic6．0編寫。

5.1藍牙協(xié)議實現(xiàn)

1)藍牙核心協(xié)議。所有的藍牙設(shè)備都要按照藍牙規(guī)定才能滿足不同廠商的產(chǎn)品互相溝通，藍牙規(guī)定分為為核心協(xié)議和應(yīng)用切面，核心規(guī)定了藍牙設(shè)備要滿足規(guī)定級別，應(yīng)用規(guī)定了在不同的應(yīng)用場景中藍牙設(shè)施相應(yīng)的實現(xiàn)規(guī)范。

2)藍牙核心協(xié)議機。其中主要包括射頻，基帶，HCI，SDP，L2CAP，RFCOMM等協(xié)議?；鶐Оㄦ溌房刂坪玩溌饭芾?，負責發(fā)送和接收數(shù)據(jù)、請求名稱、鏈路地址查詢、建立連接、鑒權(quán)、鏈路模式協(xié)商和建立、決定幀的類型等。藍牙射頻基帶(射頻單元、鏈路控制單元、鏈路管理單元)通常由芯片實現(xiàn)。邏輯鏈路控制和適應(yīng)層協(xié)議與鏈路管理單元一起工作，L2CAP向上提供面向連接和面向無連接的數(shù)據(jù)服務(wù)。
L2CAP允許高層協(xié)議以64K字節(jié)收發(fā)數(shù)據(jù)。

3)服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議(SDP)。這項技術(shù)主要應(yīng)用在發(fā)現(xiàn)藍牙設(shè)備提供的服務(wù)。藍牙設(shè)備所提供的服務(wù)和參數(shù)都在SDP中注冊，使用這些服務(wù)的藍牙設(shè)備可以通過SDP來查詢到這些信息。串口仿真協(xié)議，采用多路復(fù)用的方法，提供多條透明的數(shù)據(jù)信道，每一條數(shù)據(jù)鏈路連接標識由服務(wù)信道號和方向位來共同決定。服務(wù)信道號是RFCOMM提供的服務(wù)標識，這個服務(wù)信道號應(yīng)該注冊在SDP中，客戶端藍牙設(shè)備通過SDP可以查詢到這個服務(wù)信道號，然后向此服務(wù)信道號發(fā)起RFCOMM連接。

5.2無線傳感器程序設(shè)計

傳感器端處理器首先初始化藍牙模塊，采集各種作物和環(huán)境信息，然后將信息進行數(shù)據(jù)的封裝，封裝形式為：信息種類+信息數(shù)值+采集時間。

5.3采集模塊程序設(shè)計

采集模塊端程序主要作是系統(tǒng)初始化(包括系統(tǒng)和藍牙模塊初始化以及通信端口的設(shè)置)、數(shù)據(jù)接收和處理等。首先接收各個傳感器的信息，然后進行封裝數(shù)據(jù)的解碼，分離各種作物生長和環(huán)境信息進行存儲。同時等待監(jiān)控中心的命令進行系統(tǒng)設(shè)置和數(shù)據(jù)查詢與發(fā)送。監(jiān)控中心程序設(shè)計監(jiān)控中心程序主要進行采集模塊的設(shè)置，數(shù)據(jù)接收，命令發(fā)送和歷史數(shù)據(jù)查詢等。

5.4自組織的軟件實現(xiàn)

1)芯片處理技術(shù)。在CSR芯片中，編寫的應(yīng)用程序和協(xié)議機一起運行在CSR嵌入式環(huán)境中，CSR以固件(fire,ware)的形式提供藍牙核心協(xié)議機，包括HCI、L2CAP、SDP、RFCOMM，并且還提供了應(yīng)用程序接口，它定義實現(xiàn)了用戶在開發(fā)過程中需要訪問的所有接口和服務(wù)，它們包括：調(diào)度程序、藍牙協(xié)議、內(nèi)存訪問、HCI傳輸層設(shè)置、消息和定時器、串口流管理。

2)信息處理技術(shù)。CSR程序中的不同任務(wù)之間可以異步地發(fā)送消息，每一個任務(wù)在創(chuàng)建的時候可以擁有一個消息隊列，任務(wù)調(diào)度程序能自動運行獲得消息的任務(wù)，CSR為簡化使用RFCOMM協(xié)議，提供了一個連接管理庫，它封裝了大部分常用的鏈路管理的接口。但是CSR提供的CM庫只提供點對點的連接，為了能給實現(xiàn)點對多點的連接，修改了CM庫，使其支持點對多點。在CSR提供的HCI、L2CAP、SDP、RFCOMM協(xié)議和CM庫之上編寫了藍牙無線傳感器應(yīng)用的程序。

總結(jié)

綜上所述，在對藍牙信息技術(shù)的全面介紹中，得出在溫室監(jiān)控中實行藍牙技術(shù)信息采集，是對整體系統(tǒng)的一個深化，并且實現(xiàn)了前所未有的設(shè)計理念，這項技術(shù)的應(yīng)用，在不抬高成本的情況下，克服了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)信息采集的難度和對系統(tǒng)維護安裝的弊端，將無線通道這一新型技術(shù)應(yīng)用在溫室監(jiān)測中。

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