智能溫室系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)

現(xiàn)代溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)可測(cè)量風(fēng)速、風(fēng)向、濕度、溫度、光照、氣壓、雨量、太陽(yáng)紫外線、太陽(yáng)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(zhǎng)要求，自動(dòng)控制開窗、卷膜、風(fēng)機(jī)濕簾、生物補(bǔ)光、灌溉施肥等環(huán)境控制設(shè)備，自動(dòng)調(diào)控溫室內(nèi)環(huán)境，達(dá)到適宜植物生長(zhǎng)的范圍，為植物生長(zhǎng)提供最佳環(huán)境。

溫室是指在不適宜植物生長(zhǎng)的季節(jié)，能提供對(duì)植物生長(zhǎng)所需溫度、濕度、二氧化碳及植物生長(zhǎng)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(zhǎng)，它可以影響光合、呼吸、蒸騰等代謝過(guò)程，也可以通過(guò)影響有機(jī)物的合成和運(yùn)輸?shù)却x過(guò)程來(lái)影響植物的生長(zhǎng)，還可以直接影響土溫、氣溫，通過(guò)影響水肥的吸收和輸導(dǎo)來(lái)影響植物的生長(zhǎng)。由于參與代謝活動(dòng)的酶的活性在不同溫度下有不同的表現(xiàn)，所以溫度對(duì)植物生長(zhǎng)的影響也具有最低、最適和最高溫度三基點(diǎn)，植物只能在最低溫度與最高溫度范圍內(nèi)生長(zhǎng)，如果在最適溫度下，植物體內(nèi)的有機(jī)物消耗過(guò)多，植株反倒長(zhǎng)得細(xì)長(zhǎng)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(guò)大或過(guò)小都會(huì)導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，植物氣孔關(guān)閉，CO2不能進(jìn)入葉肉細(xì)胞，光合作用減慢甚至停止。濕度過(guò)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(guò)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(dòng)都直接或間接地依賴于光合作用制造的有機(jī)物和固定的太陽(yáng)能。呼吸作用分有氧呼吸和無(wú)氧呼吸。無(wú)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(duì)立的兩個(gè)過(guò)程，共處于一個(gè)統(tǒng)一體中，沒(méi)有光合作用合成的有機(jī)物，就不可能有呼吸作用與氧反應(yīng)被分解的有機(jī)物，沒(méi)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(méi)有呼吸作用釋放的能量，光合作用也無(wú)法進(jìn)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(duì)與水分在植物生長(zhǎng)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(lái)對(duì)植物進(jìn)行補(bǔ)充，而到結(jié)果以后就需少量的水分如果水分過(guò)大會(huì)導(dǎo)致結(jié)果以后果實(shí)腐爛所以水分的多少對(duì)植物生長(zhǎng)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(jí)在±0.5℃；b.單片機(jī)系統(tǒng)模塊；c.無(wú)線發(fā)送模塊；d.超長(zhǎng)待機(jī)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(guó)進(jìn)口的SHT11模擬頭，精度等級(jí)在土3%RH；b.單片機(jī)系統(tǒng)模塊；c.無(wú)線發(fā)送模塊；d.長(zhǎng)待機(jī)電池。

溫濕度傳感器模塊檢測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)的溫度數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)交由單片機(jī)處理，單片機(jī)直接將接受到傳感器數(shù)字信號(hào)處理，最終驅(qū)動(dòng)無(wú)線發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)無(wú)線發(fā)出。每只傳感器都帶有一個(gè)ID號(hào)，而此ID號(hào)是有24位的字母、數(shù)字組成，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)限的序號(hào)組合，即可實(shí)現(xiàn)全球唯一ID號(hào)；每只標(biāo)簽的ID號(hào)與其所在的位置是相對(duì)應(yīng)的，這個(gè)可以在系統(tǒng)建數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，位置綁定在該ID號(hào)的信息中。即當(dāng)系統(tǒng)讀取到序號(hào)為“1234567”的ID號(hào)時(shí)，系統(tǒng)即會(huì)知道該標(biāo)簽是處于：第幾號(hào)溫室?那個(gè)位置段?如該標(biāo)簽測(cè)量的數(shù)據(jù)較高時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)知道具體的位置。此無(wú)線溫度傳感器的傳輸距離可達(dá)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(duì)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(cè)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(jià)格便宜等特點(diǎn)。

(5)土壤濕度傳感器：采用水利部認(rèn)證傳感器，該傳感器采用先進(jìn)的“時(shí)域反射原理”，桿式設(shè)計(jì)，感應(yīng)部分48cm，適用于測(cè)量任何類型土壤的體積含水量，測(cè)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(cè)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(cè)量，經(jīng)過(guò)絕緣封裝等加工工藝，可在高溫高濕等惡劣環(huán)境中長(zhǎng)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(qiáng)，外觀質(zhì)量佳。

(9)風(fēng)速風(fēng)向傳感器：“風(fēng)速風(fēng)向傳感器”內(nèi)部裝有精密旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件，這些機(jī)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(cè)量精度，外殼高強(qiáng)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(duì)此3種傳感器，我們采用無(wú)線的傳輸方式，用無(wú)線模塊將數(shù)據(jù)送至無(wú)線路由器。其他種類傳感器因考慮用量較少，用無(wú)線傳輸方式成本較高，暫時(shí)用有線傳輸數(shù)據(jù)。傳感器與其所在的位置是相對(duì)應(yīng)的，這個(gè)可以在系統(tǒng)建數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，位置綁定在該ID號(hào)的信息中。即當(dāng)系統(tǒng)讀取到序號(hào)為“1234567”的ID號(hào)時(shí)，系統(tǒng)即會(huì)知道該標(biāo)簽是處于：第幾號(hào)溫室？那個(gè)位置段？如該標(biāo)簽測(cè)量的數(shù)據(jù)較高時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)知道具體的位置。

1.2數(shù)據(jù)傳輸部分

無(wú)線路由器：識(shí)讀標(biāo)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(biāo)簽的讀寫距離0~300米。無(wú)線路由器的信號(hào)覆蓋到無(wú)線傳感器的接收范圍內(nèi)時(shí)，路由器即能采集到標(biāo)簽過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)信息；因現(xiàn)場(chǎng)需要檢測(cè)不同位置的環(huán)境，會(huì)安裝較多的傳感器，路由器接收的數(shù)據(jù)具備冗長(zhǎng)性，通過(guò)數(shù)據(jù)融合，將多個(gè)無(wú)線傳感器數(shù)據(jù)整理成更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，無(wú)線發(fā)送給協(xié)調(diào)器；路由器除接收并發(fā)送無(wú)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(jìn)行與協(xié)調(diào)器的通訊。

無(wú)線協(xié)調(diào)器：識(shí)讀中繼器，接收中繼傳送過(guò)來(lái)的信息，并將數(shù)據(jù)用串口上傳工控機(jī)；識(shí)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(dāng)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)較大，較多時(shí)，亦不會(huì)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(jī)：采用工業(yè)PC機(jī)，較強(qiáng)的功能與性能，具備工業(yè)級(jí)別的串口通訊、I/O口輸入輸出。內(nèi)置強(qiáng)大的軟件控制功能：穩(wěn)定的數(shù)據(jù)采集、基于實(shí)際應(yīng)用的數(shù)據(jù)分析、專家數(shù)據(jù)庫(kù)、精準(zhǔn)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(jí)別的串口通訊、精準(zhǔn)的控制時(shí)序。

(3)驅(qū)動(dòng)控制：電機(jī)、氣缸、電磁閥。

(4)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行單元：內(nèi)遮陽(yáng)、外遮陽(yáng)、頂開窗、側(cè)開窗、濕簾外開窗、濕簾水泵、濕簾風(fēng)機(jī)、2組風(fēng)機(jī)、內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)、補(bǔ)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(gè)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(jì)算機(jī)上進(jìn)行顯示、報(bào)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(chǔ)，然后將其與設(shè)定的報(bào)警值相比較，若實(shí)測(cè)值超出設(shè)定范圍，則通過(guò)屏幕顯示報(bào)警或語(yǔ)音報(bào)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(chǎng)數(shù)據(jù)采集：在溫室內(nèi)安放多個(gè)無(wú)線傳感器，因傳感器無(wú)線發(fā)送數(shù)據(jù)，所以不用擔(dān)心布線的繁雜，可以將傳感器安放在溫室內(nèi)的任何一個(gè)地方，并且可以隨意地調(diào)整位置。傳感器還內(nèi)存有ID號(hào)，每個(gè)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(hào)、采集的數(shù)據(jù)、所在位置等信息會(huì)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(gè)時(shí)段來(lái)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。午前以促進(jìn)光合作用、增加同化量為主；午后光合作用呈下降趨勢(shì)；日落后以促進(jìn)體內(nèi)同化物的運(yùn)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(cè)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(shí)、1次/分鐘、或1次/30秒等，一來(lái)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求而定，二來(lái)可以為傳感器節(jié)省電能，使用的時(shí)間更長(zhǎng)久。

(2)數(shù)據(jù)傳輸：傳感器將采集到的數(shù)據(jù)無(wú)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(biāo)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(shí)間會(huì)有多個(gè)標(biāo)簽向路由發(fā)送數(shù)據(jù)，路由會(huì)將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，整理成較精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)發(fā)出。如：路由器除接收并發(fā)送無(wú)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(jìn)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(shí)序：A、溫度高于標(biāo)準(zhǔn)值：每種植物都有不同的溫度生長(zhǎng)曲線，植物在不同的時(shí)間段都會(huì)有不同的適宜生長(zhǎng)溫度，如在每一天中，植物對(duì)于溫度的需求就有4種，這是因?yàn)槠涮幱诓煌臅r(shí)段，會(huì)有不同的轉(zhuǎn)化機(jī)能。當(dāng)溫室內(nèi)的空氣溫度高于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)比較在某時(shí)段標(biāo)準(zhǔn)值與實(shí)際值的差異，進(jìn)而來(lái)控制不同設(shè)備進(jìn)行降溫。如：ID號(hào)為“123456789”的傳感器，檢測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)的溫度數(shù)據(jù)為35.4℃時(shí)，數(shù)據(jù)經(jīng)由無(wú)線路由，無(wú)線協(xié)調(diào)器，最終將數(shù)據(jù)上傳給工控機(jī)。系統(tǒng)為保證該溫度值不是瞬間的值，會(huì)在第一次接收到該ID號(hào)的數(shù)據(jù)后延時(shí)0-90秒，再取值比較，借以準(zhǔn)確的判斷該值是一個(gè)趨勢(shì)值。系統(tǒng)會(huì)調(diào)出在該段時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)值27℃，并與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)比對(duì)，判斷比現(xiàn)場(chǎng)的溫度高8.4℃，即會(huì)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(shí)間內(nèi)（0-99秒可調(diào)）判斷當(dāng)前溫度值不能降低到目標(biāo)值時(shí)，會(huì)順序開啟降溫設(shè)備；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)溫度與目標(biāo)溫度相差較大時(shí)，系統(tǒng)控制跳躍開啟其中的某項(xiàng)設(shè)備。天窗：分段開啟頂開窗系統(tǒng)；通過(guò)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(fēng)系統(tǒng)；依此原理，直至側(cè)開窗系統(tǒng)為100%。強(qiáng)制降溫過(guò)程：自然通風(fēng)不能降低溫室內(nèi)的溫度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉自然通風(fēng)相關(guān)設(shè)備，采用強(qiáng)制通風(fēng)的方式來(lái)控制室內(nèi)溫度。延時(shí)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(fēng)機(jī)：開啟第一組風(fēng)機(jī)。濕簾水泵：開啟濕簾水泵。二組風(fēng)機(jī)：開啟第二組風(fēng)機(jī)。循環(huán)風(fēng)機(jī)：

在一定的時(shí)間內(nèi)判斷當(dāng)溫室內(nèi)的溫度不均勻時(shí)，開啟循環(huán)風(fēng)機(jī)。噴林或噴霧：開啟屋頂噴淋系統(tǒng)。報(bào)警：判斷溫度降不到目標(biāo)值，則計(jì)算機(jī)會(huì)開啟溫度過(guò)高報(bào)警，提示用戶需增加降溫設(shè)備。系統(tǒng)會(huì)時(shí)時(shí)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)溫度，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)溫度趨于目標(biāo)溫度時(shí)，系統(tǒng)即關(guān)閉降溫設(shè)備。

B、溫度低于標(biāo)準(zhǔn)值：如：ID號(hào)為“123456789”的傳感器，檢測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)的溫度數(shù)據(jù)為20℃時(shí)，線路由，無(wú)線協(xié)調(diào)器，最終將數(shù)據(jù)上傳給工控機(jī)。系統(tǒng)為保證該溫度值不是瞬間的值，會(huì)在第一次接收到該ID號(hào)的數(shù)據(jù)后延時(shí)0-90秒，再取值比較，借以準(zhǔn)確的判斷該值是一個(gè)趨勢(shì)值。系統(tǒng)會(huì)調(diào)出在該段時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)值27℃，并與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)比對(duì)，判斷比現(xiàn)場(chǎng)的溫度低7℃，即會(huì)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(shí)間內(nèi)（0-99秒可調(diào)）判斷當(dāng)前溫度值不能升溫到目標(biāo)值時(shí)，會(huì)順序開啟升溫設(shè)備；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)溫度與目標(biāo)溫度相差較大時(shí)，系統(tǒng)控制跳躍開啟其中的某項(xiàng)設(shè)備。內(nèi)遮陽(yáng)保溫幕：拉下內(nèi)遮陽(yáng)保溫幕，不使室內(nèi)溫度外泄。外遮陽(yáng)幕：若外界光照較強(qiáng)，可打開外遮陽(yáng)幕，通過(guò)光照升溫。熱風(fēng)爐、水暖空調(diào)、暖氣：打開加熱裝置，是室內(nèi)溫度升溫。報(bào)警：判斷溫度降不到目標(biāo)值，則計(jì)算機(jī)會(huì)開啟溫度過(guò)高報(bào)警，提示用戶需增加降溫設(shè)備。系統(tǒng)會(huì)時(shí)時(shí)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)溫度，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)溫度趨于目標(biāo)溫度時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)值：如：ID號(hào)為“123456789”的傳感器，檢測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)的濕度數(shù)據(jù)為80%RH時(shí)，數(shù)據(jù)經(jīng)由無(wú)線路由，無(wú)線協(xié)調(diào)器，最終將數(shù)據(jù)上傳給工控機(jī)。系統(tǒng)為保證該濕度值不是瞬間的值，會(huì)在第一次接收到該ID號(hào)的數(shù)據(jù)后延時(shí)0~90秒，再取值比較，借以準(zhǔn)確的判斷該值是一個(gè)趨勢(shì)值。系統(tǒng)會(huì)調(diào)出在該段時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)值65%RH，并與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)比對(duì)，判斷比現(xiàn)場(chǎng)的溫度高15%RH，即會(huì)控制除濕設(shè)備開啟。控制除濕設(shè)備的開啟順序：系統(tǒng)在一定的時(shí)間內(nèi)（0~99秒可調(diào)）判斷當(dāng)前濕度值不能降低到目標(biāo)值時(shí)，會(huì)順序開啟除濕設(shè)備；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)濕度與目標(biāo)濕度相差較大時(shí)，系統(tǒng)控制跳躍開啟其中的某項(xiàng)設(shè)備。側(cè)窗：分段開啟側(cè)窗通風(fēng)系統(tǒng)，進(jìn)行除濕，依此原理，直至側(cè)開窗系統(tǒng)為100%。除濕機(jī)控制：開啟除濕機(jī)進(jìn)行除濕。報(bào)警：判斷溫度降不到目標(biāo)值,則計(jì)算機(jī)會(huì)開啟濕度過(guò)高報(bào)警，提示用戶需增加除濕設(shè)備。系統(tǒng)會(huì)時(shí)時(shí)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)濕度，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)濕度趨于目標(biāo)溫度時(shí)，系統(tǒng)即關(guān)閉除濕設(shè)備。

(2)濕度低于標(biāo)準(zhǔn)值：如：ID號(hào)為“123456789”的傳感器，檢測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)的濕度數(shù)據(jù)為40%RH時(shí)，數(shù)據(jù)經(jīng)由無(wú)線路由，無(wú)線協(xié)調(diào)器，最終將數(shù)據(jù)上傳給工控機(jī)。系統(tǒng)為保證該濕度值不是瞬間的值，會(huì)在第一次接收到該ID號(hào)的數(shù)據(jù)后延時(shí)0-90秒，再取值比較，借以準(zhǔn)確的判斷該值是一個(gè)趨勢(shì)值。系統(tǒng)會(huì)調(diào)出在該段時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)值65%RH，并與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)比對(duì)，判斷比現(xiàn)場(chǎng)的溫度低15%RH，即會(huì)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(shí)間內(nèi)（0-99秒可調(diào)）判斷當(dāng)前濕度值不能升到到目標(biāo)值時(shí)，會(huì)順序開啟加濕設(shè)備；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)濕度與目標(biāo)濕度相差較大時(shí)，系統(tǒng)控制跳躍開啟其中的某項(xiàng)設(shè)備。加濕機(jī)控制：開啟加濕機(jī)進(jìn)行加濕。需設(shè)置相應(yīng)的目標(biāo)值，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)運(yùn)行。判斷時(shí)間保證了不是判斷瞬間濕度值的超標(biāo)，而是判斷濕度整體趨勢(shì)的變化；在一定的時(shí)間內(nèi)濕度值都超標(biāo)，才啟動(dòng)控制條件。穩(wěn)定判斷時(shí)間保證溫室設(shè)備啟動(dòng)后，不判斷瞬間達(dá)到目標(biāo)值，而是穩(wěn)定一段時(shí)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(jī)頻繁啟動(dòng)，從而更好地保護(hù)電機(jī)。報(bào)警：判斷溫度降不到目標(biāo)值，則計(jì)算機(jī)會(huì)開啟濕度過(guò)高報(bào)警，提示用戶需增加除濕設(shè)備。系統(tǒng)會(huì)時(shí)時(shí)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)濕度，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)濕度趨于目標(biāo)溫度時(shí)，系統(tǒng)即關(guān)閉加濕設(shè)備。

2.3土壤溫度控制

(1)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集：在溫室內(nèi)安放多個(gè)有線傳感器，傳感器時(shí)時(shí)地通過(guò)線纜向電腦發(fā)送數(shù)據(jù)。

(2)控制時(shí)序：土壤溫度低于標(biāo)準(zhǔn)值：該傳感器是數(shù)字傳感器，內(nèi)存有0-99的ID號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)變送出數(shù)字信號(hào)傳送給電腦?，F(xiàn)場(chǎng)的溫度數(shù)據(jù)為15℃時(shí)，系統(tǒng)為保證該濕度值不是瞬間的值，會(huì)在第一次接收到該ID號(hào)的數(shù)據(jù)后延時(shí)0-90秒，再取值比較，借以準(zhǔn)確的判斷該值是一個(gè)趨勢(shì)值。系統(tǒng)會(huì)調(diào)出在該段時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)值25℃，并與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)比對(duì)，判斷比現(xiàn)場(chǎng)的溫度低10℃，即會(huì)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(shí)間內(nèi)(0-99秒可調(diào))判斷當(dāng)前濕度值不能提高到目標(biāo)值時(shí)，會(huì)順序開啟升溫設(shè)備；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)溫度與目標(biāo)溫度相差較大時(shí)，系統(tǒng)控制跳躍開啟其中的某項(xiàng)設(shè)備。內(nèi)遮陽(yáng)保溫幕：拉下內(nèi)遮陽(yáng)保溫幕，不使室內(nèi)溫度外泄。外遮陽(yáng)幕：若外界光照較強(qiáng)，可打開外遮陽(yáng)幕，通過(guò)光照升溫。熱風(fēng)爐、水暖空調(diào)、暖氣：打開加熱裝置，是室內(nèi)溫度升溫。報(bào)警：判斷溫度升不到目標(biāo)值，則計(jì)算機(jī)會(huì)開啟溫度過(guò)低報(bào)警，提示用戶需增加升溫設(shè)備。系統(tǒng)會(huì)時(shí)時(shí)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)溫度，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)溫度趨于目標(biāo)溫度時(shí)，系統(tǒng)即關(guān)閉升溫設(shè)備。

2.4光照度控制時(shí)序

光照度低于標(biāo)準(zhǔn)值：每種植物都有不同的溫度生長(zhǎng)曲線，植物在不同的時(shí)間段都會(huì)有不同的適宜生長(zhǎng)光照度，如在每一天中，植物對(duì)于光照度的需求就有多種，這是因?yàn)槠涮幱诓煌臅r(shí)段，會(huì)有不同的轉(zhuǎn)化機(jī)能。當(dāng)溫室內(nèi)的光照度高于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)比較在某時(shí)段標(biāo)準(zhǔn)值與實(shí)際值的差異，進(jìn)而來(lái)控制不同設(shè)備進(jìn)行調(diào)整。如：ID號(hào)為“123456789”的傳感器，檢測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)的光照度數(shù)據(jù)為50lux時(shí)，數(shù)據(jù)經(jīng)由無(wú)線路由，無(wú)線協(xié)調(diào)器，最終將數(shù)據(jù)上傳給工控機(jī)。系統(tǒng)為保證該光照度值不是瞬間的值，會(huì)在第一次接收到該ID號(hào)的數(shù)據(jù)后延時(shí)0~90秒，再取值比較，借以準(zhǔn)確的判斷該值是一個(gè)趨勢(shì)值。系統(tǒng)會(huì)調(diào)出在該段時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)值300lux，并與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)比對(duì)，判斷比現(xiàn)場(chǎng)的溫度低250lux，即會(huì)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(shí)間內(nèi)(0~99秒可調(diào))判斷當(dāng)前光照值不能升到目標(biāo)值時(shí)，會(huì)順序開啟補(bǔ)光設(shè)備；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)光照度與目標(biāo)光照度相差較大時(shí)，系統(tǒng)控制跳躍開啟其中的某項(xiàng)設(shè)備。外遮陽(yáng)幕打開：徐緩的打開外遮陽(yáng)棚，使室外的陽(yáng)光能照射進(jìn)來(lái)。內(nèi)遮陽(yáng)幕打開：打開外遮陽(yáng)棚，使室外的陽(yáng)光能照射進(jìn)來(lái)。補(bǔ)光燈：打開補(bǔ)光燈，進(jìn)行補(bǔ)光。報(bào)警：判斷光照度降不到目標(biāo)值，則計(jì)算機(jī)會(huì)開啟光照度過(guò)高報(bào)警，提示用戶需增加光照度設(shè)備。系統(tǒng)會(huì)時(shí)時(shí)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)光照度，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)光照度趨于目標(biāo)溫度時(shí)，系統(tǒng)即關(guān)閉光照設(shè)備。

2.5風(fēng)速對(duì)外拉幕的保護(hù)

當(dāng)室外風(fēng)速超過(guò)保護(hù)值時(shí)，則系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)外拉幕的風(fēng)速保護(hù)功能。條件級(jí)別保證外拉幕在非正常情況下(例：大風(fēng))，優(yōu)先自動(dòng)收攏外拉幕，避免外拉幕遭到毀滅性破壞。判斷時(shí)間保證了不是判斷瞬間風(fēng)的超標(biāo)，而是判斷風(fēng)整體趨勢(shì)的變化；在一定的時(shí)間內(nèi)風(fēng)都超標(biāo)，才啟動(dòng)控制條件。穩(wěn)定判斷時(shí)間保證溫室設(shè)備啟動(dòng)后，不判斷瞬間達(dá)到目標(biāo)值，而是穩(wěn)定一段時(shí)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(jī)頻繁啟動(dòng)，從而更好地保護(hù)電機(jī)。

2.6風(fēng)向及風(fēng)速對(duì)天窗的保護(hù)

大風(fēng)、雨雪保護(hù)：系統(tǒng)不是判斷瞬間風(fēng)速的超標(biāo)，而是判斷風(fēng)整體趨勢(shì)的變化，以進(jìn)行大風(fēng)時(shí)關(guān)閉通風(fēng)窗的保護(hù)。風(fēng)向傳感器能判斷出是迎風(fēng)還是背風(fēng)，以進(jìn)行不同級(jí)別的保護(hù)。

2.7CO2施肥

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

2.8專家數(shù)據(jù)庫(kù)

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

2.9數(shù)據(jù)報(bào)表、繪制曲線

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

三、智能溫室終端

3.1GSM無(wú)線短信報(bào)警功能

系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)“GSM無(wú)線短信報(bào)警”，可以將“溫室的報(bào)警信息”以短信的方式迅速發(fā)到相關(guān)人員的“手機(jī)或PDA”上，請(qǐng)求人工干預(yù)。不同的溫室、不同的管理員手機(jī)號(hào)，均可以通過(guò)靈活地設(shè)定將他們組合關(guān)聯(lián)起來(lái)。因此，任何一個(gè)溫室出現(xiàn)報(bào)警都能迅速發(fā)到和該溫室相關(guān)的一人或多人的手機(jī)上。

3.2遠(yuǎn)程監(jiān)控功能

通過(guò)連接寬帶互聯(lián)網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程登陸訪問(wèn)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(shí)時(shí)遠(yuǎn)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(qiáng)度、室外氣象等參數(shù)及視頻圖像,通過(guò)模擬分析，可以自動(dòng)控制溫室濕簾風(fēng)機(jī)、噴淋灌溉、內(nèi)外遮陽(yáng)、頂窗側(cè)窗、加溫補(bǔ)光等設(shè)備，保證溫室內(nèi)環(huán)境適宜作物生長(zhǎng)。同時(shí)，系統(tǒng)還可以通過(guò)手機(jī)、PDA、計(jì)算機(jī)等信息終端向管理者推送實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及報(bào)警信息實(shí)現(xiàn)溫室智能化遠(yuǎn)程管理，提高經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到綠色節(jié)能目的。

四、基于藍(lán)牙技術(shù)的溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

藍(lán)牙技術(shù)的組成部分主要有，無(wú)線傳感器、收集模塊和監(jiān)測(cè)核心，組成部分之間通過(guò)對(duì)信息的收集，形成對(duì)信息的傳播；傳統(tǒng)的溫室控制系統(tǒng)中，對(duì)測(cè)試點(diǎn)的要求就是需要控制到接觸點(diǎn)的方式和位置，增強(qiáng)抗擾能力、穩(wěn)定T作性能，保證溫室內(nèi)的濕度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，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(duì)溫室內(nèi)的物種，會(huì)有很大程度的改變，結(jié)合藍(lán)牙無(wú)線技術(shù)加以解決是很好的處理方式。

藍(lán)牙技術(shù)中包括了很多的無(wú)線傳感器、收集模塊和監(jiān)測(cè)核心，對(duì)溫室的布局有很大的作用，會(huì)溫室溫度實(shí)行各類高低溫的傳感方式，他們會(huì)通過(guò)藍(lán)牙作為介質(zhì)進(jìn)行傳播，利用無(wú)線傳感實(shí)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(jìn)行交換，在接受到命令之后，通過(guò)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(duì)藍(lán)牙的實(shí)施利用，可以進(jìn)行以下幾種規(guī)劃方法：1)常用的雙芯片方法：協(xié)議機(jī)要在主機(jī)掌握協(xié)議距離內(nèi)操作，協(xié)議級(jí)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(jī)主要在下面的藍(lán)牙芯片上，主端通常是手機(jī)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(gè)嵌入的組織中，一般情況是一個(gè)沒(méi)有關(guān)聯(lián)作用的，單獨(dú)存在的藍(lán)牙設(shè)施，藍(lán)牙例絡(luò)的進(jìn)入點(diǎn)。要對(duì)實(shí)際操作場(chǎng)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(jī)做在一個(gè)芯片巾單片的模塊，獲取藍(lán)牙溫室環(huán)境信息的收集渠道主要使用這種方法。

4.2無(wú)線傳感設(shè)施

由傳感器和藍(lán)牙收集模塊形成的傳感器，主要的作用是對(duì)溫室采取溫室數(shù)據(jù)。其中的主要表現(xiàn)形勢(shì)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(jī)。3)藍(lán)牙模塊選用由CSR藍(lán)牙芯片組成的通用藍(lán)纖模塊7708，CSR芯片集成了射頻、基帶以及可以運(yùn)行藍(lán)牙協(xié)議機(jī)和上層應(yīng)用程序的處理器，片接口豐富，提供標(biāo)準(zhǔn)UART接口，編程接口，而且體積小，可通過(guò)編程口設(shè)置模塊，下載程序。4)基于CSR—BC212015芯片實(shí)現(xiàn)通用藍(lán)牙模塊7708，使用30dBm的發(fā)射功率，通信距離能夠達(dá)到100m。5)各個(gè)帶藍(lán)牙模塊的設(shè)備可以組成一個(gè)個(gè)匹克網(wǎng)，此間以主從方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。由于藍(lán)牙模塊的MAC地址為3位，因此在同一時(shí)刻只能激活8個(gè)設(shè)備(1個(gè)主設(shè)備，7個(gè)從設(shè)備)。當(dāng)然，主設(shè)備在其它時(shí)刻可以作為另一個(gè)克網(wǎng)中的從設(shè)備，所以在實(shí)際通信中，各個(gè)克網(wǎng)之間相互交錯(cuò)重疊。

五、藍(lán)牙軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要包括藍(lán)牙協(xié)議實(shí)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(lán)牙協(xié)議實(shí)現(xiàn)、傳感器端和采集模塊端程序采用C51編程語(yǔ)言編寫，監(jiān)控中心程序采用高級(jí)語(yǔ)言VisualBasic6．0編寫。

5.1藍(lán)牙協(xié)議實(shí)現(xiàn)

1)藍(lán)牙核心協(xié)議。所有的藍(lán)牙設(shè)備都要按照藍(lán)牙規(guī)定才能滿足不同廠商的產(chǎn)品互相溝通，藍(lán)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(lán)牙設(shè)備要滿足規(guī)定級(jí)別，應(yīng)用規(guī)定了在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中藍(lán)牙設(shè)施相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)規(guī)范。

2)藍(lán)牙核心協(xié)議機(jī)。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(fù)責(zé)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)、請(qǐng)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(lán)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(shí)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(wú)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(xiàng)技術(shù)主要應(yīng)用在發(fā)現(xiàn)藍(lán)牙設(shè)備提供的服務(wù)。藍(lán)牙設(shè)備所提供的服務(wù)和參數(shù)都在SDP中注冊(cè)，使用這些服務(wù)的藍(lán)牙設(shè)備可以通過(guò)SDP來(lái)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(biāo)識(shí)由服務(wù)信道號(hào)和方向位來(lái)共同決定。服務(wù)信道號(hào)是RFCOMM提供的服務(wù)標(biāo)識(shí)，這個(gè)服務(wù)信道號(hào)應(yīng)該注冊(cè)在SDP中，客戶端藍(lán)牙設(shè)備通過(guò)SDP可以查詢到這個(gè)服務(wù)信道號(hào)，然后向此服務(wù)信道號(hào)發(fā)起RFCOMM連接。

5.2無(wú)線傳感器程序設(shè)計(jì)

傳感器端處理器首先初始化藍(lán)牙模塊，采集各種作物和環(huán)境信息，然后將信息進(jìn)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(shí)間。

5.3采集模塊程序設(shè)計(jì)

采集模塊端程序主要作是系統(tǒng)初始化(包括系統(tǒng)和藍(lán)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(gè)傳感器的信息，然后進(jìn)行封裝數(shù)據(jù)的解碼，分離各種作物生長(zhǎng)和環(huán)境信息進(jìn)行存儲(chǔ)。同時(shí)等待監(jiān)控中心的命令進(jìn)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(jì)監(jiān)控中心程序主要進(jìn)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(shí)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(jī)一起運(yùn)行在CSR嵌入式環(huán)境中，CSR以固件(fire,ware)的形式提供藍(lán)牙核心協(xié)議機(jī)，包括HCI、L2CAP、SDP、RFCOMM，并且還提供了應(yīng)用程序接口，它定義實(shí)現(xiàn)了用戶在開發(fā)過(guò)程中需要訪問(wèn)的所有接口和服務(wù)，它們包括：調(diào)度程序、藍(lán)牙協(xié)議、內(nèi)存訪問(wèn)、HCI傳輸層設(shè)置、消息和定時(shí)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(gè)任務(wù)在創(chuàng)建的時(shí)候可以擁有一個(gè)消息隊(duì)列，任務(wù)調(diào)度程序能自動(dòng)運(yùn)行獲得消息的任務(wù)，CSR為簡(jiǎn)化使用RFCOMM協(xié)議，提供了一個(gè)連接管理庫(kù)，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(kù)只提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接，為了能給實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的連接，修改了CM庫(kù)，使其支持點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)。在CSR提供的HCI、L2CAP、SDP、RFCOMM協(xié)議和CM庫(kù)之上編寫了藍(lán)牙無(wú)線傳感器應(yīng)用的程序。

總結(jié)

綜上所述，在對(duì)藍(lán)牙信息技術(shù)的全面介紹中，得出在溫室監(jiān)控中實(shí)行藍(lán)牙技術(shù)信息采集，是對(duì)整體系統(tǒng)的一個(gè)深化，并且實(shí)現(xiàn)了前所未有的設(shè)計(jì)理念，這項(xiàng)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(duì)系統(tǒng)維護(hù)安裝的弊端，將無(wú)線通道這一新型技術(shù)應(yīng)用在溫室監(jiān)測(cè)中。

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