智能溫室遠程監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)
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智能溫室是在普通日光溫室的基礎上，應用計算機技術、傳感技術、智能控制技術等發(fā)展起來的一種高效設施農業(yè)技術。隨著智能控制技術、網絡技術和無線通訊技術的廣泛應用，智能溫室監(jiān)控研究向合理化、智能化、網絡化方向發(fā)展[1,2]。齊文新等（2004）[3]研制了分布式智能型溫室計算機控制系統(tǒng)，由中心計算機和單片機組成主從式結構智能控制系統(tǒng)；周國祥等[4]應用無線網絡技術實現(xiàn)了農田水利設施等的遠程監(jiān)控；左志宇等（2005）[5]將Internet網絡技術應用到溫室環(huán)境控制系統(tǒng)中； Roblin P[6]實現(xiàn)了溫室的智能化、自動化。李建軍等[7]介紹了日光溫室番茄長季節(jié)生產專家系統(tǒng)的研制方法，以及開發(fā)過程。這些系統(tǒng)存在溫室控制功能單一，結構難擴展；價格較貴，難以推廣等缺陷，因此，研究并開發(fā)結構合理、成本低、控制方便、適合不同用戶群，集控制、智能決策與無線網絡于一體的智能溫室遠程監(jiān)控系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義。
1 系統(tǒng)結構
在現(xiàn)行的溫室控制系統(tǒng)中，多采用基于PLC的溫室控制系統(tǒng)、集散型控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，這些系統(tǒng)操作不便、控制精度低、成本過高，且通信方式不靈活 [2]。為有效解決上述不足，本文采用如圖1所示的上、下位機控制結構。其突出優(yōu)點是能根據(jù)應用需求選擇不同的控制方案，對大型連棟溫室可采用上、下位機結合控制方案；對小規(guī)模農家溫室，僅需要選擇下位機系統(tǒng)單獨完成溫室控制。上、下位機采用RS-232串行通信或基于802.11b的無線通信，上位機系統(tǒng)通過Internet與遠端計算機互連，實現(xiàn)溫室環(huán)境與設備的遠程監(jiān)控。
2 下位機設計
下位機位于溫室控制現(xiàn)場，由傳感器、前端控制器和控制設備組成，如圖2所示。主要實現(xiàn)溫室環(huán)境數(shù)據(jù)實時采集、處理與顯示；通過RS-232接口或無線通信模塊，將監(jiān)測的環(huán)境參數(shù)傳輸?shù)缴衔籔C機，并接受上位機的控制而產生控制決策；具有脫機運行功能，可在上位PC關機情況下獨立工作，用戶或者專家通過鍵盤預設環(huán)境參數(shù)及實時采集的環(huán)境參數(shù)，自主運行下位機決策程序，通過模糊運算產生智能決策，實現(xiàn)溫室模糊智能控制。
2.1 下位機硬件設計
2.1.1傳感器系統(tǒng)設計
根據(jù)溫室作物生長特點和環(huán)境要求，選擇性價比較優(yōu)的傳感器，如溫度、濕度、光照、二氧化碳等類型的，設計相應的接口電路，使傳感器采集的信息以0～10mA的電流信號形式輸出，作為前端控制器的輸入。
2.1.2前端控制器設計
前端控制器是監(jiān)控系統(tǒng)的核心，以單片機應用系統(tǒng)為基礎，外加傳感器輸入接口、控制輸出接口、鍵盤接口以及LED接口電路等組成。選用ATMEL公司的ATmel48單片機系統(tǒng)， ATmel48通用性、可擴展性強、性價比高，內部集成4K的flash ROM及8路10位AD轉換，與傳統(tǒng)8位ADC相比，具有采集精度精確，控制精度更高的特點。
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