基于arm的農(nóng)業(yè)智能溫室控制系統(tǒng)設計

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1、基于ARM的農(nóng)業(yè)智能溫室控制系統(tǒng)設計摘要：為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)智能溫室控制系統(tǒng)的智能控制。系統(tǒng)以ARM9嵌入式處理器為核心，將各類數(shù)字傳感器收集的數(shù)據(jù)通過模糊控制算法進行處理，采用自動控制、GUl和遠程監(jiān)控等多種方式調(diào)整溫室執(zhí)行機構(gòu)，在搭建的溫室模型中取得穩(wěn)定、可靠的運行效果。ARM系統(tǒng)比傳統(tǒng)溫室控制系統(tǒng)維護簡單、功耗低、經(jīng)濟實用。較之同類設計。該系統(tǒng)開發(fā)了數(shù)字傳感器驅(qū)動、圖形化窗口、模糊控制程序、網(wǎng)絡攝像頭監(jiān)控，實現(xiàn)了溫室控制的智能化、網(wǎng)絡化和可視化。關(guān)鍵詞：ARM；嵌入式系統(tǒng)；智能溫室控制系統(tǒng)；遠程監(jiān)控；模糊控制托普物聯(lián)網(wǎng)了解到智能溫室控制系統(tǒng)是近年來發(fā)展

2、起來的節(jié)約型設施農(nóng)業(yè)技術(shù)，在充分利用自然資源的基礎上，通過計算機綜合控制，通過調(diào)節(jié)環(huán)境因子中的溫度、濕度、光照強度等來獲得作物生長的最佳條件，從而達到增加作物產(chǎn)量、改善品質(zhì)、調(diào)節(jié)生長周期、提高經(jīng)濟效益的目的。目前，荷蘭、以色列等國的智能溫室技術(shù)已經(jīng)相當成熟，我國也曾多次引進其產(chǎn)品，但由于環(huán)境差異，荷蘭采用的玻璃溫室在國內(nèi)的效果沒有預期理想且造價過高，且關(guān)鍵技術(shù)對我國保密，于是國內(nèi)多所大學及科研機構(gòu)也進行過許多相關(guān)研究，設計方案包括單片機(MCU)控制、工業(yè)控制機(IPC)、PLC控制、分布式控制(DSC)等方法。傳統(tǒng)的單片機控制系統(tǒng)運算能力較差，難以

3、完成復雜的控制算法；1PC控制系統(tǒng)布線復雜、維護困難；而PI。C控制系統(tǒng)造價高昂，應用不便[7]。針對這一問題，本設計采用基于ARM的嵌入式Linux控制系統(tǒng)。旨在提高溫室系統(tǒng)網(wǎng)絡支持、并發(fā)處理能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性，同時降低系統(tǒng)開發(fā)難度、成本和功耗，滿足溫室計算機控制系統(tǒng)13益復雜化的需要。而較之同類ARM控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)開發(fā)了數(shù)字傳感器驅(qū)動、圖形化窗口、模糊控制程序、網(wǎng)絡攝像頭監(jiān)控，實現(xiàn)了系統(tǒng)的智能化、網(wǎng)絡化和可視化。1系統(tǒng)方案本設計基于ARM9平臺開發(fā)平臺，構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境，裁剪移植Linux操作系統(tǒng)。系統(tǒng)根據(jù)溫度、濕度、光照強度傳感器采集數(shù)據(jù)通過

4、控制程序調(diào)控，協(xié)調(diào)各執(zhí)行機構(gòu)對溫室參數(shù)實施控制并對控制參數(shù)進行監(jiān)測，從而為溫室中的作物提供最佳的生長環(huán)境。系統(tǒng)具有多種運行模式。既可以根據(jù)農(nóng)業(yè)專家給出的參數(shù)預設值實現(xiàn)無人值守的自動調(diào)控，也可以通過按鍵和觸控屏進行手動控制以應對特殊情況；通過溫室內(nèi)的監(jiān)控攝像頭，可以在開發(fā)板的LCD上對溫室進行現(xiàn)場監(jiān)控，同時系統(tǒng)將攝像頭通過ARM開發(fā)板連接到以太網(wǎng)，利用linux強大的網(wǎng)絡功能，建立boa網(wǎng)絡服務器。遠程計算機作為客戶機，只需登陸開發(fā)板的網(wǎng)址，就可以看到溫室的錄像并獲得溫室環(huán)境的數(shù)據(jù)。我們搭建了．一套溫室模型用以檢驗溫室控系統(tǒng)的性能，其構(gòu)造和真實溫室相同

5、，其中包括加熱板、風扇、開窗電機等裝置對應實際溫室中的各種執(zhí)行器件?？紤]到實際的溫室環(huán)境中會存在各類干擾信號，系統(tǒng)傘部采用新型的數(shù)字傳感器，精度高，抗干擾能力強，使之可以在實際生產(chǎn)中有地得實現(xiàn)對溫室的控制。2硬件系統(tǒng)設計系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖1整個系統(tǒng)包括ARM開發(fā)板、外圍電路和溫室模型三部分。農(nóng)業(yè)智能溫室控制系統(tǒng)原理構(gòu)造圖2．1ARM開發(fā)板開發(fā)板以三星公司的$3C2440A芯片為核心，$3C2440為ARM920T內(nèi)核，采用5級流水線和哈佛結(jié)構(gòu)，最高運行頻率為400MHz，內(nèi)置STN／CSTN／TFTI．CI)控制器，并提供了一套完整的通用外

6、圍接口，從而免去了添加、配置附加外圍接口的麻煩，有效地縮小了線路板的面積。外接64MBNand-Flash和64MBSDRAM，為系統(tǒng)開發(fā)提供了足夠空間[8]。開發(fā)板的硬件資源主要包括：GPIO接口、RS232接口、以太網(wǎng)接口、USB接口、12C總線接口等，用以連接各類器件。開發(fā)板卜還帶有一塊觸控屏，通過圖形界面程序與用戶進行交互，在直觀展現(xiàn)溫室環(huán)境狀態(tài)的同時大大節(jié)省了IO端口，有利于擴展更多的傳感器，擴大溫室的控制范圍。2．2傳感器電路2．2．1溫、濕度傳感器本系統(tǒng)要求的溫度控制范圍為10～48℃，濕度控制范圍為0．1％RH一100％RH，本系統(tǒng)選

7、用瑞士Scnsirion公司的SHTll數(shù)字溫濕度傳感器芯片。它高度集成，將溫度感測、濕度感測、信號變換、A／I)轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個芯片上。測量精確度高，由于同時集成溫濕度傳感器，可以提供溫度補償?shù)臐穸葴y鼉值和高質(zhì)量的露點計算功能。其測溫精度為±0．4℃，測濕精度為±3．o％RH，符合系統(tǒng)要求[9]。SH7F11通過二線數(shù)字串行接口，硬件電路簡單。其通信協(xié)議類似于12C總線，但時序有所不同。I)Aq、A數(shù)據(jù)線需要外接上拉電阻；時鐘線SCK用于微處理器和SHTll之間通信同步，所以可以使用多個傳感器公用一條時鐘線，用以節(jié)省IO端口。2．2．2

8、光照傳感器根據(jù)溫室環(huán)境控制的要求，光照傳感器的測量范圍應在0"--12萬lx，本系統(tǒng)選用的光照傳感器為Int