基于arm的農(nóng)業(yè)智能溫室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、基于ARM的農(nóng)業(yè)智能溫室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：為實(shí)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(jìn)行處理，采用自動(dòng)控制、GUl和遠(yuǎn)程監(jiān)控等多種方式調(diào)整溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在搭建的溫室模型中取得穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行效果。ARM系統(tǒng)比傳統(tǒng)溫室控制系統(tǒng)維護(hù)簡單、功耗低、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。較之同類設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)開發(fā)了數(shù)字傳感器驅(qū)動(dòng)、圖形化窗口、模糊控制程序、網(wǎng)絡(luò)攝像頭監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了溫室控制的智能化、網(wǎng)絡(luò)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(yuǎn)程監(jiān)控

2、；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)展起來的節(jié)約型設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)，在充分利用自然資源的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算機(jī)綜合控制，通過調(diào)節(jié)環(huán)境因子中的溫度、濕度、光照強(qiáng)度等來獲得作物生長的最佳條件，從而達(dá)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(jì)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(dāng)成熟，我國也曾多次引進(jìn)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(yù)期理想且造價(jià)過高，且關(guān)鍵技術(shù)對我國保密，于是國內(nèi)多所大學(xué)及科研機(jī)構(gòu)也進(jìn)行過許多相關(guān)研究，設(shè)計(jì)方案包括單片機(jī)(MCU

3、)控制、工業(yè)控制機(jī)(IPC)、PLC控制、分布式控制(DSC)等方法。傳統(tǒng)的單片機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)算能力較差，難以完成復(fù)雜的控制算法；1PC控制系統(tǒng)布線復(fù)雜、維護(hù)困難；而PI。C控制系統(tǒng)造價(jià)高昂，應(yīng)用不便[7]。針對這一問題，本設(shè)計(jì)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(luò)支持、并發(fā)處理能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性，同時(shí)降低系統(tǒng)開發(fā)難度、成本和功耗，滿足溫室計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)13益復(fù)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(dòng)、圖形化窗口、模糊控制程序、網(wǎng)絡(luò)攝像頭監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)

4、的智能化、網(wǎng)絡(luò)化和可視化。1系統(tǒng)方案本設(shè)計(jì)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(qiáng)度傳感器采集數(shù)據(jù)通過控制程序調(diào)控，協(xié)調(diào)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)對溫室參數(shù)實(shí)施控制并對控制參數(shù)進(jìn)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(yùn)行模式。既可以根據(jù)農(nóng)業(yè)專家給出的參數(shù)預(yù)設(shè)值實(shí)現(xiàn)無人值守的自動(dòng)調(diào)控，也可以通過按鍵和觸控屏進(jìn)行手動(dòng)控制以應(yīng)對特殊情況；通過溫室內(nèi)的監(jiān)控?cái)z像頭，可以在開發(fā)板的LCD上對溫室進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)控，同時(shí)系統(tǒng)將攝像頭通過ARM開發(fā)板連接到

5、以太網(wǎng)，利用linux強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，建立boa網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)作為客戶機(jī)，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(yàn)溫室控系統(tǒng)的性能，其構(gòu)造和真實(shí)溫室相同，其中包括加熱板、風(fēng)扇、開窗電機(jī)等裝置對應(yīng)實(shí)際溫室中的各種執(zhí)行器件?？紤]到實(shí)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(qiáng)，使之可以在實(shí)際生產(chǎn)中有地得實(shí)現(xiàn)對溫室的控制。2硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖1整個(gè)系統(tǒng)包括ARM開發(fā)板、外圍電路和

6、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(yùn)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、US

7、B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(jìn)行交互，在直觀展現(xiàn)溫室環(huán)境狀態(tài)的同時(shí)大大節(jié)省了IO端口，有利于擴(kuò)展更多的傳感器，擴(kuò)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(gè)芯片上。測量精確度高，由于同時(shí)集成溫

8、濕度傳感器，可以提供溫度補(bǔ)償?shù)臐穸葴y鼉值和高質(zhì)量的露點(diǎn)計(jì)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(shí)序有所不同。I)Aq、A數(shù)據(jù)線需要外接上拉電阻；時(shí)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(gè)傳感器公用一條時(shí)鐘線，用以節(jié)省IO端口。2．2．2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(yīng)在0"--12萬lx，本系統(tǒng)選用的光照傳感器為Int