嵌入式溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計方案分析

溫室生產(chǎn)作為高效、高科技含量的大規(guī)模生產(chǎn)方式已經(jīng)成為世界農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢。溫室設施的自動監(jiān)測和控制技術可以為農(nóng)作物創(chuàng)造良好的生長環(huán)境，節(jié)約人力成本，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，因此需要開發(fā)與溫室相關的自動化技術，以降低運行成本、提高效率、實現(xiàn)環(huán)境的精確控制。我國目前的溫室沒施綜合監(jiān)測水平不高，控制能力比較差，帶有綜合環(huán)境自動調(diào)節(jié)的高科技溫室主要從國外引進。筆者開發(fā)了以S3C2 440為核心的嵌入式環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)可以完成溫室環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測和收集，同時通過輸出機構實時控制溫室環(huán)境以達到溫室監(jiān)測和控制智能化的目的，具有精度高，智能控制等優(yōu)點。
　　軟件工程領域最重要的、具有劃時代意義成果之一的就是統(tǒng)一建模語言UML（Unified Modeling Language）的出現(xiàn)。開發(fā)系統(tǒng)可以借助UML的CASE工具來完成從軟件的分析、設計、實現(xiàn)到測試的一系列軟件工程過程，大大提高了軟件開發(fā)的復用性和效率，降低了軟件開發(fā)過程中的返工率。文中采用了UML方法來設計一個軟硬件都要考慮的溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，從而體現(xiàn)了UML強大的表達能力，該系統(tǒng)用UML表達清晰、嚴謹、易于實現(xiàn)。
　　1 溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)組成
　　系統(tǒng)主要架構如圖1所示，系統(tǒng)由上位機、下位機和執(zhí)行結(jié)構組成。上位機為PC機可以處理下位機傳送的溫室環(huán)境參數(shù)同時可以給下位機發(fā)出指令。下位機是以Samsung S3C2440為主控制器，資源豐富功能強大，其主頻為400MHZ，最高可達533MHZ，內(nèi)存為64MSDRAM，數(shù)據(jù)總線32 bit，S3C2440還支持以太網(wǎng)卡，很容易實現(xiàn)網(wǎng)絡功能。其他主要部件有溫濕度傳感器SHT11，光照傳感器TSI2561和CO2傳感器NAP-21ACO2液晶顯示模塊等基本部件。輸出執(zhí)行結(jié)構包括循環(huán)風機、噴水系統(tǒng)、內(nèi)外遮陽電機等。
　　
　　1．1 傳感器電路
　　1．1．1 溫濕度傳感器
　　SHT11溫濕度傳感器采用SMD（LCC）表面貼片封裝，由于將傳感器與電路部分結(jié)合在一起，因此傳感器具有比其它類型的濕度傳感器優(yōu)越的多的性能。傳感器可直接通過I2C總線與ARM連接，減少電路硬件成本，簡化電路。系統(tǒng)中為了同時測量溫室內(nèi)的溫濕度值，將各SHT11的SCK先接到S3C2440的同一個I／O口，而DATA線則分別接到不同的I／O上。
　　1．1. 2 CO2濃度監(jiān)測和光強度監(jiān)測
　　CO2濃度監(jiān)測采用NEMOTO公司生產(chǎn)的NAP-21ACO2傳感器，NAP-21A輸出線性好，有較好的長期穩(wěn)定性與極好的重復性及精度。該傳感器是一種熱傳導式CO2傳感器，在不同濃度的CO2氣體中其阻值與CO2的濃度成線性關系，傳感器通過放大器連接。光強測量選用TAOS公司的TSI25 61光強度傳感器，該傳感器具有數(shù)字式輸出端口和標準I2C總線接口，測量的照度范圍為1～70 000lx，功耗僅為0．75mW。TS1256具有高速、低功耗、寬量程、可編程配置的特點?？梢栽O置光強度上、下閾值，控制執(zhí)行結(jié)構的遮陽板。
　　1．2 輸出執(zhí)行結(jié)構
　　系統(tǒng)的執(zhí)行機構包括循環(huán)風機、噴水系統(tǒng)、內(nèi)外遮陽電機等。利用微控制器輸出高低電平，控制開關。當溫室內(nèi)的溫度、濕度、CO2等各個環(huán)境參數(shù)，通過無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到微控制器并顯示出來，再由有線通訊模塊傳送到上位機系統(tǒng)，與數(shù)據(jù)庫進行比對，得出適合該種作物的環(huán)境參數(shù)，上位機通過通訊模塊發(fā)送信息到下位機，下位機再根據(jù)各個信息發(fā)出執(zhí)行命令控制執(zhí)行機構。當然也可以直接通過下位機發(fā)出執(zhí)行命令控制執(zhí)行結(jié)構，注意下位機執(zhí)行輸出機構只在特殊情況下使用。具體部署圖如圖1所示。
　　
　　帶陰影的是處理器，處理器處理溫室環(huán)境信息，發(fā)送到執(zhí)行裝置，不帶陰影的是執(zhí)行裝置，分別執(zhí)行相關命令。