協(xié)調(diào)器智能控制論文范文

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1系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件電路是以TI公司生產(chǎn)的CC2530作為本系統(tǒng)的核心微處理器，選擇了溫室內(nèi)的溫度、濕度、光照度三個主要環(huán)境因子作為監(jiān)測的對象，利用相應(yīng)的傳感器來采集各個環(huán)境參數(shù)，還可根據(jù)一些特殊需求擴(kuò)展監(jiān)測其它環(huán)境因子，如土壤水分、CO2濃度等對作物生長影響較大的因子。另外，本系統(tǒng)設(shè)置了三個繼電器接口以實(shí)現(xiàn)對三個電器設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

1.1協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)硬件電路總體架構(gòu)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)主要分為七個模塊：供電電源、振蕩器晶振電路、RF無線電收發(fā)射頻電路、LED指示燈、按鍵復(fù)位控制電路、串口/USB轉(zhuǎn)換電路和仿真電路。其總體架構(gòu)圖如下圖1所示，在本系統(tǒng)中，CC2530芯片的工作電壓為3.3V，供電電源主要負(fù)責(zé)為其提供穩(wěn)定的3.3V電壓。節(jié)點(diǎn)之間采用RF無線通信，LED指示燈電路的作用是提供通信指示，如是否連接、等待連接。微處理器要處理內(nèi)部程序使電路正常運(yùn)行，需要晶振電路產(chǎn)生內(nèi)部時(shí)鐘信號。復(fù)位電路的主要作用是對CC2530內(nèi)部程序的復(fù)位重啟，并利用按鍵的組合來實(shí)現(xiàn)RF無線通信的物理連接。同時(shí)，要求收發(fā)同頻段實(shí)現(xiàn)有效的物理連接，達(dá)到傳送監(jiān)測數(shù)據(jù)的目的，還需要由RF無線電收發(fā)電路完成傳感器和協(xié)調(diào)器兩節(jié)點(diǎn)之間RF無線通信；轉(zhuǎn)換電路主要是將USB接口連接到上位機(jī)PC里面，實(shí)現(xiàn)串行通信；仿真電路主要是利用專門的接口實(shí)現(xiàn)在線編程CC2530，并通過調(diào)試電路板，顯示電路的功能和效果。

1.2路由器及終端節(jié)點(diǎn)總體架構(gòu)如圖2所示為本系統(tǒng)的路由器及終端節(jié)點(diǎn)硬件總體架構(gòu)。從圖中可以看出路由器及終端節(jié)點(diǎn)主要由七個模塊組成，分別是電源模塊、終端設(shè)備控制模塊、傳感器數(shù)據(jù)采集模塊（溫度傳感器、光照傳感器、濕度傳感器）、LCD顯示模塊和擴(kuò)展監(jiān)測模塊等組成。其中數(shù)據(jù)采集模塊主要是對溫度、濕度、光照度的采集，選用的溫度傳感器為DS18B20，溫濕度傳感器選用了數(shù)字式SHT71，CC2530自帶12位ADC采集傳感器輸出電壓作為光照強(qiáng)度傳感器。這三個傳感器的硬件電路較為簡單，在此不再描述。另外，為了滿足用戶的不同需求及不同農(nóng)作物的生長特點(diǎn)，本電路還設(shè)計(jì)了可以進(jìn)行傳感器擴(kuò)展的擴(kuò)展監(jiān)測模塊，從而提高系統(tǒng)的靈活性。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境選用IAREmbeddedWorkbench，能夠支持各種微處理器，其編譯器有很多優(yōu)點(diǎn)，如編譯速率快、代碼可移植、可優(yōu)化SOC集成芯片等，很大程度上體現(xiàn)了對硬件資源的節(jié)省。限于篇幅要求，本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖不再給出。

2.1協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)組建，采集溫度、濕度、光照度三個主要環(huán)境參數(shù)后，匯總相關(guān)數(shù)據(jù)再發(fā)送至上位機(jī)，由上位機(jī)對相關(guān)的數(shù)據(jù)和即時(shí)狀態(tài)進(jìn)行顯示、存儲等，同時(shí)實(shí)現(xiàn)用戶可以查詢各節(jié)點(diǎn)周圍的環(huán)境參數(shù)，也可以進(jìn)行人為的控制和干預(yù)等功能。

2.2路由器節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)路由器主要是接收終端子節(jié)點(diǎn)發(fā)送的環(huán)境數(shù)據(jù)，并在接收后對其定時(shí)讀取的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行臨時(shí)存儲。當(dāng)協(xié)調(diào)器定時(shí)進(jìn)行輪詢監(jiān)測時(shí)，便將臨時(shí)存儲的所有環(huán)境參數(shù)全部發(fā)送至協(xié)調(diào)器。值得注意的是，路由器在第一次上電加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要設(shè)置和添加與其在同一溫室的終端子節(jié)點(diǎn)，這樣的設(shè)計(jì)有利于節(jié)點(diǎn)管理和控制。另外，路由器還具有的功能是根據(jù)協(xié)調(diào)器下發(fā)相應(yīng)的控制命令來控制終端控制設(shè)備。

2.3終端節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)低功耗的處理一直是各個系統(tǒng)設(shè)計(jì)所追求的重要指標(biāo)之一，在軟件設(shè)計(jì)中也注重使用低功耗。而終端節(jié)點(diǎn)最大的優(yōu)點(diǎn)就是低功耗，可使用干電池進(jìn)行供電。終端節(jié)點(diǎn)作為整個系統(tǒng)中環(huán)境監(jiān)測最重要的節(jié)點(diǎn)，其主要功能是定時(shí)喚醒監(jiān)測相應(yīng)的環(huán)境參數(shù)，發(fā)送至協(xié)調(diào)器，待發(fā)送成功后再轉(zhuǎn)入睡眠模式。

2.4LCD顯示軟件設(shè)計(jì)LCD液晶顯示屏驅(qū)動通常需要完成以下四個步驟：LCD屏初始化、設(shè)置LCD屏顯示坐標(biāo)、獲取點(diǎn)陣數(shù)據(jù)、字符或圖像顯示。

2.5上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)部分主要包括數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和用戶管理界面設(shè)計(jì)。其中數(shù)據(jù)庫使用Access2003，設(shè)計(jì)了環(huán)境數(shù)據(jù)表和報(bào)警閥值表二個表，將各節(jié)點(diǎn)采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)以及其他分析數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中，以便日后查詢和檢索等。在用戶管理界面采用VB編程語言進(jìn)行了三個界面的設(shè)計(jì)，即登陸界面、管理設(shè)置主界面和歷史數(shù)據(jù)查詢界面。

3系統(tǒng)測試

本系統(tǒng)的測試主要是進(jìn)行硬件和上位機(jī)軟件測試，采集了溫室內(nèi)現(xiàn)場各環(huán)境參數(shù)的數(shù)值，經(jīng)過分析處理并在上位機(jī)界面實(shí)時(shí)顯示。本文對溫室內(nèi)溫度、濕度兩個環(huán)境因子的實(shí)測值和標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行了比較，得出溫室內(nèi)溫度的數(shù)據(jù)誤差絕對值都<0.5，濕度數(shù)據(jù)的誤差絕對值都<2。由上述分析結(jié)果可以看出：該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地對溫室內(nèi)的主要環(huán)境參數(shù)進(jìn)行采集和監(jiān)控，并能夠?qū)崟r(shí)又準(zhǔn)確地在上位機(jī)PC界面上顯示出來。

4以溫度為例，設(shè)計(jì)溫室智能控制算法

本文在上述測試成功的基礎(chǔ)上，結(jié)合農(nóng)業(yè)設(shè)施監(jiān)測背景，針對溫室環(huán)境特性提出了溫度智能控制算法，用MATLAB軟件中的SIMULINK仿真工具箱進(jìn)行仿真和分析，得出本文設(shè)計(jì)的改進(jìn)型智能控制算法超調(diào)量較小，沒有振蕩，可以實(shí)現(xiàn)自動控制和人工干預(yù)的方式來控制溫室內(nèi)的溫度，滿足智能控制的需求。

5結(jié)論

基于物聯(lián)網(wǎng)的溫室環(huán)境智能控制系統(tǒng)具有功耗低、易擴(kuò)展穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，具有較好的應(yīng)用前景。

作者：王燕單位：江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院江陰市華姿中等專業(yè)學(xué)校