專利名稱：基于多主通訊機(jī)制的多個(gè)溫室群控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域，具體涉及一種低成本、高可靠性的基于多主通訊機(jī)制的多個(gè)溫室群控裝置。
背景技術(shù)：
設(shè)施農(nóng)業(yè)是依靠科技進(jìn)步而形成的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，是農(nóng)業(yè)工程學(xué)科中最具典型的分支學(xué)科。它是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)走向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要基礎(chǔ)，是農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商品化、現(xiàn)代化的集中體現(xiàn)，是農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效的有效措施，也是提供新鮮農(nóng)產(chǎn)品的重要技術(shù)措施。在21世紀(jì)，設(shè)施農(nóng)業(yè)將成為最具活力的農(nóng)業(yè)新產(chǎn)業(yè)。
我國目前除一些大城市近郊外，蔬菜設(shè)施一般都是因地制宜、就地取材建立的簡易保護(hù)設(shè)施，抵御自然災(zāi)害能力和耐久性差，在低溫、霜凍、臺(tái)風(fēng)、高溫期間栽培作物常受傷害，在一定程度上仍受制于自然環(huán)境的影響，安全性、增產(chǎn)、增收的穩(wěn)定性得不到保障。設(shè)施內(nèi)作業(yè)以手工為主，按照傳統(tǒng)的作業(yè)方式和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行管理。一些自動(dòng)化、機(jī)械化、智能化環(huán)境調(diào)控技術(shù)等現(xiàn)代高新技術(shù)還剛剛起步，工作效率低，作業(yè)環(huán)境差，產(chǎn)量水平低，產(chǎn)品質(zhì)量滿足不了市場的需求。與發(fā)達(dá)國家相比，我國的現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)水平還有較大差距，尤其是在高、中檔溫室中，能真正達(dá)到溫室環(huán)境綜合控制要求的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基本上靠引進(jìn)。
目前所使用的基于計(jì)算機(jī)的溫室環(huán)境的控制系統(tǒng)主要有集中式控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)、集散式控制系統(tǒng)等。
集中式控制系統(tǒng)就是用一臺(tái)計(jì)算機(jī)直接控制調(diào)節(jié)閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使被調(diào)量保持在給定值。它主要由被控對(duì)象、監(jiān)測儀表、執(zhí)行器和工業(yè)控制機(jī)組成，具有運(yùn)算速度快、運(yùn)算能力強(qiáng)和節(jié)能降耗等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)計(jì)算機(jī)的可靠性要求高。在溫室控制中適合于控制點(diǎn)數(shù)集中、規(guī)模小、控制機(jī)房和溫室距離近的情況?？刂朴?jì)算機(jī)完成對(duì)各溫室環(huán)境因子以及室外氣象的信息采集，然后根據(jù)相應(yīng)的控制算法，操作各執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成溫室環(huán)境的自動(dòng)調(diào)控。各溫室與中央控制單元采用直接電纜連接。當(dāng)溫室數(shù)量少時(shí)可以采用這種方案，而溫室數(shù)量較多時(shí)就會(huì)有明顯的局限性，主要表現(xiàn)在當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)發(fā)生癱瘓，在溫室控制對(duì)象增加的情況下，用于數(shù)字I/O信號(hào)、模擬量信號(hào)傳輸?shù)男盘?hào)線將大大增加，由于所有的控制線及信號(hào)線都要接到中央控制室，使得安裝、調(diào)試和維護(hù)很困難，且成本也將大幅度上升。如果需要在系統(tǒng)中添加溫室數(shù)量，則工控板卡如I/O板卡、模擬量采樣板卡等，以及系統(tǒng)軟件都需要作較大的調(diào)整，其擴(kuò)展能力較差。
現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)[Jose 1999，Carlos 2001，Editorial 2001，Editorial 2000A，Murali 1999，Editorial 2000B]現(xiàn)場總線是用于現(xiàn)場儀器與控制系統(tǒng)之間的一種全分散、全數(shù)字化的雙向、多變量、多站通訊系統(tǒng)，按ISO的OSI標(biāo)準(zhǔn)提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，具有很高的可靠性、實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是在集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型的控制系統(tǒng)。它的主要特點(diǎn)是采用了國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的開放系統(tǒng)互連(OSI)模型，從而使得系統(tǒng)有很好的開放性、互換性和互操作性。另外，現(xiàn)場總線大幅度提高了總線通訊的能力，使之能夠適應(yīng)更為復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)的需要。在設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家，現(xiàn)場總線技術(shù)已廣泛應(yīng)用于溫室環(huán)境控制。
現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)完全是分散式的體系，體系總線一直延伸到現(xiàn)場儀表，構(gòu)成現(xiàn)場體系網(wǎng)絡(luò)。每臺(tái)現(xiàn)場儀表是網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間可采用各種通信方式，即具有多功能的現(xiàn)場儀表可以相互交換數(shù)據(jù)、相互操作和相互取代，很多控制與運(yùn)算功能可直接在現(xiàn)場儀表中完成，構(gòu)成分散I/O、分散控制和分散運(yùn)算的分布網(wǎng)絡(luò)，其控制全部分散到現(xiàn)場，控制回路由現(xiàn)場設(shè)備實(shí)現(xiàn)。在我們的低成本溫室環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)中，幾乎所有的現(xiàn)場儀表都不是智能儀表且都沒有提供現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)接口。如果采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，必須為各個(gè)現(xiàn)場設(shè)備配置現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)接口，這將大大增加整個(gè)系統(tǒng)的成本。如果只是利用高性能的現(xiàn)場總線構(gòu)成一個(gè)集散控制系統(tǒng)，又沒有真正發(fā)揮現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)勢。
本系統(tǒng)中，每一個(gè)溫室對(duì)應(yīng)一個(gè)采集站點(diǎn)和一個(gè)調(diào)控站點(diǎn)，各采集站點(diǎn)構(gòu)成數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，各調(diào)控站點(diǎn)構(gòu)成環(huán)境調(diào)控子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)完成各溫室環(huán)境因子的數(shù)據(jù)采集，通過射頻(Radio Frequency)等無線傳輸?shù)姆绞綄?shù)據(jù)發(fā)送到控制計(jì)算機(jī)。當(dāng)需要增加系統(tǒng)的智能等級(jí)時(shí)，就要測量和控制許多參數(shù)，這意味著要增加傳感器的數(shù)量，如果采用直接電纜連接就會(huì)受到嚴(yán)重限制，而傳感器網(wǎng)絡(luò)采用無線連接可避免此問題。另一方面，可以根據(jù)環(huán)境和作物的不同限制，方便地把傳感器放置于適宜的位置，這就增加了系統(tǒng)的靈活性，減少農(nóng)事作業(yè)(如收割)帶來的干擾。
環(huán)境調(diào)控子系統(tǒng)與控制計(jì)算機(jī)通過CAN總線連接，每個(gè)溫室節(jié)點(diǎn)上都有一個(gè)CAN總線控制器，接收控制計(jì)算機(jī)發(fā)來的命令，完成對(duì)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制?？刂朴?jì)算機(jī)上裝有CAN總線接口板，在獲取溫室內(nèi)外環(huán)境信息后，根據(jù)控制算法的計(jì)算結(jié)果，向環(huán)境調(diào)控子系統(tǒng)發(fā)出控制指令，完成對(duì)整個(gè)溫室群的控制。另外，控制計(jì)算機(jī)通過無線連接或電話線與遠(yuǎn)端的管理計(jì)算機(jī)相聯(lián)接，管理計(jì)算機(jī)又連接在互連網(wǎng)上。這樣，遠(yuǎn)程管理者在獲取溫室內(nèi)外的氣象信息后，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，如改變傳感器的配置、設(shè)置點(diǎn)數(shù)和控制策略。此外，還可以進(jìn)行遠(yuǎn)程系統(tǒng)維護(hù)，某種程度上可以減少維護(hù)成本。但其造價(jià)昂貴，且對(duì)數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)有很高的要求，不適合我國現(xiàn)階段的國情。
集散式控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)又稱分布式控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)多層次功能如控制層、監(jiān)督控制層、決策管理層和計(jì)劃調(diào)度層等，它采用一個(gè)或多個(gè)控制單元對(duì)回路進(jìn)行控制，其控制回路分散到一些控制板一級(jí)的節(jié)點(diǎn)上，每個(gè)控制節(jié)點(diǎn)又有多個(gè)回路。因而具有控制分散和信息集中、高度的靈活性和可擴(kuò)展性、較強(qiáng)的數(shù)據(jù)通信能力、友好而豐富的人機(jī)聯(lián)系、極高的可靠性等優(yōu)點(diǎn)，這使其在工業(yè)測控領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
傳統(tǒng)的現(xiàn)場控制方案存在著一些缺陷，其物理層一般采用EIA RS-485規(guī)范的主從式結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)上只能有一個(gè)主節(jié)點(diǎn)，其余均為從節(jié)點(diǎn)。其潛在的危害是無法構(gòu)成多主結(jié)構(gòu)或冗余(容錯(cuò))結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，系統(tǒng)的工作可靠性、穩(wěn)定性對(duì)主節(jié)點(diǎn)的依賴性較強(qiáng)。其通訊方式一般為命令響應(yīng)型，網(wǎng)絡(luò)上任一次數(shù)據(jù)傳輸都是由主節(jié)點(diǎn)發(fā)出命令開始，從節(jié)點(diǎn)接到命令后，以響應(yīng)的方式傳給主節(jié)點(diǎn)。這一特點(diǎn)使得網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)傳輸效率大大降低，且主節(jié)點(diǎn)通訊工作量很大，通訊方式不夠靈活。
在RS485總線構(gòu)筑的半雙工通訊系統(tǒng)中，一般采用主從通訊模式，即整個(gè)系統(tǒng)中只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)為主節(jié)點(diǎn)，總線上的所有其它節(jié)點(diǎn)都是從節(jié)點(diǎn)。通訊方式一般是主節(jié)點(diǎn)循環(huán)輪詢(POLL)各個(gè)從節(jié)點(diǎn)。各個(gè)從節(jié)點(diǎn)都有自己的網(wǎng)絡(luò)通訊識(shí)別號(hào)，當(dāng)主節(jié)點(diǎn)的輪詢信息中包含自己的網(wǎng)絡(luò)通訊識(shí)別號(hào)時(shí)，此從節(jié)點(diǎn)則對(duì)此幀進(jìn)行應(yīng)答，其它節(jié)點(diǎn)則忽略此幀，不做任何處理。這種軟件模式一般不會(huì)引起總線數(shù)據(jù)沖突，但其也存在著一些局限性主節(jié)點(diǎn)通訊負(fù)擔(dān)較重。在系統(tǒng)工作的整個(gè)流程中，主節(jié)點(diǎn)都擔(dān)負(fù)著循環(huán)輪詢各個(gè)從節(jié)點(diǎn)的通訊工作，其CPU通訊負(fù)擔(dān)較重。一定意義上講，會(huì)對(duì)其完成其它系統(tǒng)工作造成一定的影響。
整個(gè)系統(tǒng)“危險(xiǎn)”集中。在整個(gè)系統(tǒng)中，主節(jié)點(diǎn)的工作可靠性和穩(wěn)定性是整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠工作的前提和保證。一旦主節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的崩潰。
系統(tǒng)通訊效率較低。因?yàn)闊o論某一個(gè)從節(jié)點(diǎn)是否需要發(fā)送數(shù)據(jù)，或需要使用總線，都要等到主節(jié)點(diǎn)循環(huán)輪詢到自身，從而使得系統(tǒng)的通訊效率較低，總線的利用率也較低。
系統(tǒng)實(shí)時(shí)性較差。因其通訊的效率較低，使得從節(jié)點(diǎn)有實(shí)時(shí)性要求的幀信息得不到及時(shí)發(fā)送，從而使得系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能力較差。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提出一種結(jié)構(gòu)簡單、通訊速率高、傳輸距離遠(yuǎn)、使用的傳輸線較少的基于多主通訊機(jī)制的多個(gè)溫室群控裝置。
本實(shí)用新型提出的的基于多主通訊機(jī)制的多個(gè)溫室群控裝置，由控制室、EC傳感器4、溫室環(huán)境控制器3、溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)6、溫室環(huán)境傳感器7、室外氣象站8、PH傳感器9、灌溉營養(yǎng)液控制閥10、灌溉營養(yǎng)液控制泵5等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示?？刂剖矣杀O(jiān)控管理計(jì)算機(jī)1和嵌入式數(shù)據(jù)集中器2(滴灌首部控制器)組成，監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)1和嵌入式數(shù)據(jù)集中器2通過RS232數(shù)據(jù)總線相聯(lián)，嵌入式數(shù)據(jù)集中器2通過模擬信號(hào)線分別與灌溉營養(yǎng)液管道的EC傳感器4和PH傳感器9相聯(lián)，嵌入式數(shù)據(jù)集中器2通過模擬信號(hào)線連接灌溉營養(yǎng)液控制閥，嵌入式數(shù)據(jù)集中器2通過三相交流接觸器11與灌溉營養(yǎng)液控制泵5相聯(lián)；嵌入式數(shù)據(jù)集中器2通過RS485總線分別與溫室環(huán)境控制器3、室外氣象站8相聯(lián)；溫室環(huán)境控制器3通過模擬信號(hào)線與溫室環(huán)境傳感器7相聯(lián)，溫室環(huán)境控制器3通過三相交流接觸器11與溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)6相聯(lián)。
本實(shí)用新型中，溫室環(huán)境控制器3為n個(gè)，n為1-128。
本實(shí)用新型中，各個(gè)溫室環(huán)境控制器3是并聯(lián)。
本實(shí)用新型中，溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)6由熱風(fēng)機(jī)加熱裝置18、內(nèi)外噴淋裝置19、濕簾風(fēng)機(jī)裝置20、二氧化碳施放裝置21、天窗、側(cè)窗三相電機(jī)22、內(nèi)外膜三相電機(jī)23組成，熱風(fēng)機(jī)加熱裝置18、內(nèi)外噴淋裝置19、濕簾風(fēng)機(jī)裝置20、二氧化碳施放裝置21、天窗、側(cè)窗三相電機(jī)22、內(nèi)外膜三相電機(jī)23分別通過三相交流接觸器11連接溫室環(huán)境控制器3，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
本實(shí)用新型中，溫室環(huán)境傳感器由溫度傳感器12、濕度傳感器13、二氧化碳濃度傳感器14、天窗行程開關(guān)15、側(cè)窗行程開關(guān)16、內(nèi)外膜行程開關(guān)17組成，溫度傳感器12、濕度傳感器13、二氧化碳濃度傳感器14、天窗行程開關(guān)15、側(cè)窗行程開關(guān)16、內(nèi)外膜行程開關(guān)17分別通過模擬信號(hào)線連接溫室環(huán)境控制器3，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
本實(shí)用新型中，室外氣象站為購買的一個(gè)監(jiān)測室外氣象信息的一個(gè)設(shè)備，相當(dāng)于一個(gè)帶數(shù)據(jù)通訊功能的傳感器，主要負(fù)責(zé)采樣室外光照強(qiáng)度、室外風(fēng)速、室外風(fēng)向、室外雨量、室外溫度、室外濕度。
本實(shí)用新型采用集散控制系統(tǒng)架構(gòu)構(gòu)成溫室環(huán)境計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，物理層用半雙工的EIA RS485規(guī)范。在多種串行接口標(biāo)準(zhǔn)中，RS485接口以其結(jié)構(gòu)簡單、通訊速率高、傳輸距離遠(yuǎn)、使用的傳輸線較少，在長距離通訊時(shí)比較經(jīng)濟(jì)等諸多優(yōu)點(diǎn)，在集散式工業(yè)控制系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。采用集散式控制系統(tǒng)可以有效地克服集中式控制系統(tǒng)的局限性。一方面，溫室控制器中可以存貯控制算法，當(dāng)中央計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，則啟動(dòng)該算法，完成對(duì)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的必要控制，以達(dá)到分散風(fēng)險(xiǎn)的目的；另一方面，RS485采用差分電平傳輸，只需兩根信號(hào)線，同時(shí)可以方便地增加溫室控制節(jié)點(diǎn)數(shù)目。
監(jiān)控和管理計(jì)算機(jī)通過RS232全雙工通訊接口與嵌入式數(shù)據(jù)集中器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，嵌入式數(shù)據(jù)集中器、室外氣象站裝置與各個(gè)溫室的嵌入式控制器通過RS485半雙工差分?jǐn)?shù)據(jù)總線構(gòu)成集散控制系統(tǒng)。
本實(shí)用新型中，嵌入式數(shù)據(jù)集中器和各嵌入式溫室控制器都具有一定的數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)能力，這樣可以保證在監(jiān)控和管理計(jì)算機(jī)短期失效的情況下，整個(gè)裝置仍然可以正常工作，保證了裝置的可靠性和穩(wěn)定性。由此，本實(shí)用新型可以采用普通的PC機(jī)代替工業(yè)控制機(jī)，從而進(jìn)一步降低成本。監(jiān)控和管理計(jì)算機(jī)在裝置中完成用戶和溫室控制的人機(jī)交互、參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)管理以及需要高速運(yùn)算的數(shù)據(jù)處理等功能。
嵌入式數(shù)據(jù)集中器需要完成RS485總線數(shù)據(jù)與監(jiān)控和管理計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)交換的功能。同時(shí)還承擔(dān)著滴灌首部的控制功能。嵌入式數(shù)據(jù)集中器的引入，能對(duì)發(fā)往監(jiān)控和管理計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，緩解了PC機(jī)的通訊壓力，提高了數(shù)據(jù)交換的效率。
室外氣象站裝置為整個(gè)溫室環(huán)境控制裝置提供外部環(huán)境六大因子的實(shí)時(shí)參數(shù)，它們包括室外光照、室外溫度、室外濕度、室外風(fēng)速、室外風(fēng)向、室外雨量。它在RS485總線上是唯一一個(gè)從機(jī)，裝置中只有其它節(jié)點(diǎn)向它申請(qǐng)數(shù)據(jù)發(fā)送，它不向其它節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)數(shù)據(jù)。
嵌入式溫室控制器完成各個(gè)相對(duì)獨(dú)立溫室的環(huán)境調(diào)控任務(wù)，并將各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的運(yùn)行幀數(shù)據(jù)上傳監(jiān)控和管理計(jì)算機(jī)。
本實(shí)用新型工作過程如下當(dāng)需要啟動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)對(duì)溫室環(huán)境進(jìn)行計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制管理時(shí)，將溫室環(huán)境控制的理想值(如期望溫室溫度為25攝氏度，期望溫室相對(duì)濕度為80％，期望二氧化碳濃度為580ppm)輸入計(jì)算機(jī)裝置，然后進(jìn)入軟件系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行模式。計(jì)算機(jī)將相關(guān)控制參數(shù)及控制命令通過RS232通訊接口下發(fā)至嵌入式數(shù)據(jù)集中器中，嵌入式數(shù)據(jù)集中器將相關(guān)命令譯碼后與溫室環(huán)境控制器通過RS485通訊總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，將這些相關(guān)控制參數(shù)及控制命令下傳至各個(gè)溫室環(huán)境控制器。溫室環(huán)境控制器通過同處在RS485總線上的氣象站獲取溫室外部的相關(guān)氣象信息(包括室外溫度、室外濕度、室外風(fēng)速、室外風(fēng)向、室外雨量、室外光照強(qiáng)度)，并通過采樣各室內(nèi)傳感器獲取溫室內(nèi)的相關(guān)參數(shù)(如室內(nèi)溫度、室內(nèi)濕度、室內(nèi)二氧化碳濃度等)，然后依據(jù)這些參數(shù)以達(dá)到用戶設(shè)定的理想值進(jìn)行運(yùn)算協(xié)調(diào)，并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果控制驅(qū)動(dòng)溫室內(nèi)的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)工作，以達(dá)到用戶設(shè)定的理想控制目標(biāo)。同時(shí)，溫室環(huán)境控制器也將相關(guān)控制信息和傳感器信息儲(chǔ)存并在總線空閑時(shí)上傳嵌入式數(shù)據(jù)集中器，并儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫中，以便用戶進(jìn)行維護(hù)和管理。
本實(shí)用新型的RS485通訊引入了多主通訊機(jī)制，即使計(jì)算機(jī)或嵌入式數(shù)據(jù)集中器發(fā)生故障時(shí)，溫室環(huán)境控制器仍可利用總線申請(qǐng)到室外氣象站的各室外氣象信息，再利用存儲(chǔ)在溫室環(huán)境控制器的控制算法對(duì)溫室環(huán)境進(jìn)行合理、有效的調(diào)節(jié)和控制，保證溫室環(huán)境控制的正常工作，大幅度提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
本實(shí)用新型在RS485總線構(gòu)筑的半雙工通訊系統(tǒng)中引入多主發(fā)送的通訊方式。即在整個(gè)裝置中，所有節(jié)點(diǎn)在總線空閑時(shí)都能成為總線上的主節(jié)點(diǎn)而向總線發(fā)送數(shù)據(jù)。裝置采用了這種工作方式后，裝置中已經(jīng)沒有主、從節(jié)點(diǎn)之分，各個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)總線的使用權(quán)限是平等的，從而有效避免了個(gè)別節(jié)點(diǎn)通訊負(fù)擔(dān)較重的情況?？偩€的利用率和裝置的通訊效率都得以大大提高，從而也使裝置響應(yīng)的實(shí)時(shí)性得到改善。而且即使裝置中個(gè)別節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，也不會(huì)影響其它節(jié)點(diǎn)的正常通訊和正常工作，這樣使得裝置的“危險(xiǎn)”分散了，某種程度上來說增強(qiáng)了裝置的工作可靠性和穩(wěn)定性。
要完成RS485總線中節(jié)點(diǎn)的多主功能，首先要解決在同一時(shí)間有幾個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)爭用傳輸介質(zhì)的問題，需要采用某種介質(zhì)訪問控制方式，以便協(xié)調(diào)各節(jié)點(diǎn)訪問介質(zhì)的順序，從而在各節(jié)點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型在RS485半雙工網(wǎng)絡(luò)中引入CSMA/CD(載波偵聽多路訪問/沖突檢測)的工作機(jī)制。當(dāng)任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)需要使用總線時(shí)，首先需偵聽總線，以決定介質(zhì)上是否存在其它節(jié)點(diǎn)的發(fā)送信號(hào)。如果介質(zhì)是空閑的，則可以發(fā)送。如果介質(zhì)是忙的，則需要采用網(wǎng)絡(luò)退避算法等待一段時(shí)間后再重試。
在硬件接口上首先本實(shí)用新型將RS485接口芯片的數(shù)據(jù)接收引腳通過一反相器接至CPU的中斷引腳INT0。當(dāng)總線上有數(shù)據(jù)正在傳輸時(shí)，RS485接口芯片的數(shù)據(jù)接收端表現(xiàn)為變化的高低電平。利用其產(chǎn)生的CPU下降沿中斷，可以得知此時(shí)總線是否正“忙”，即總線上是否有節(jié)點(diǎn)正在通訊。如果偵聽到總線上在一段時(shí)間內(nèi)(這段時(shí)間可以根據(jù)裝置的通訊協(xié)議的應(yīng)答時(shí)間而定)“空閑”，則可以得到對(duì)總線的使用權(quán)限。如果恰巧此時(shí)有不少于2個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)同時(shí)使用總線(可以通過發(fā)送與接收的數(shù)據(jù)是否一致偵測出)，則同時(shí)讓出總線進(jìn)行避障。然后在一段隨機(jī)延時(shí)后，再重新偵聽。這樣就能解決因?yàn)槎嘀鞫鴰淼目偩€沖突的問題。在此基礎(chǔ)上還可以定義各種消息的優(yōu)先級(jí)，使高優(yōu)先級(jí)的消息得以優(yōu)先發(fā)送，從而進(jìn)一步提高裝置的實(shí)時(shí)性。
本實(shí)用新型根據(jù)室外氣象條件和作物生長發(fā)育階段，利用環(huán)境控制設(shè)備對(duì)溫室內(nèi)的環(huán)境條件進(jìn)行有效的控制，采用連續(xù)生產(chǎn)方式和管理方式，高效、均衡地生產(chǎn)各種蔬菜、水果、花卉、藥材等。它可以不受地點(diǎn)和氣候的影響，設(shè)置在包括寒冷地區(qū)或不毛之地的各地區(qū)。它能夠有效地改善農(nóng)業(yè)生態(tài)、生產(chǎn)條件，促進(jìn)農(nóng)業(yè)資源的科學(xué)開發(fā)和合理利用，提高土地產(chǎn)出率、勞動(dòng)生產(chǎn)率和社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖示。
圖2為本實(shí)用新型的溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)及溫室環(huán)境傳感器的結(jié)構(gòu)圖示。
圖中標(biāo)號(hào)1為監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)，2為嵌入式數(shù)據(jù)集中器(滴灌首部控制器)，3為溫室環(huán)境控制器，4為EC傳感器，5為灌溉營養(yǎng)液控制泵，6為溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)，7為溫室環(huán)境傳感器，8為室外氣象站，9為PH傳感器，10為灌溉營養(yǎng)液控制閥，11為三相交流接觸器，12為溫度傳感器，13為濕度傳感器，14為二氧化碳傳感器，15為天窗行程開關(guān)，16為側(cè)窗行程開關(guān)，17為內(nèi)外膜行程開關(guān)，18為熱風(fēng)機(jī)加熱裝置，19為內(nèi)外噴淋裝置，20為濕簾風(fēng)機(jī)裝置，21為二氧化碳施放裝置，22為天窗、側(cè)窗三相電機(jī)，23為內(nèi)外膜三相電機(jī)。
具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例進(jìn)一步描述本實(shí)用新型。
實(shí)施例1，控制室由監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)1和嵌入式數(shù)據(jù)集中器2(滴灌首部控制器)組成，監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)1和嵌入式數(shù)據(jù)集中器2通過RS232數(shù)據(jù)總線相聯(lián)，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)采用普通商用或個(gè)人PC，嵌入式數(shù)據(jù)集中器(滴灌首部控制器)的型號(hào)為WZ-2型；嵌入式數(shù)據(jù)集中器2通過模擬信號(hào)線分別與灌溉營養(yǎng)液管道的EC傳感器4和PH傳感器9相聯(lián)，EC傳感器型號(hào)為EC-40，PH傳感器型號(hào)為P60C-6；嵌入式數(shù)據(jù)集中器2通過模擬信號(hào)線輸出4-20mA的電流信號(hào)控制營養(yǎng)液補(bǔ)給控制閥；室外氣象站的型號(hào)為ZY-3型，溫室環(huán)境控制器為TJKZ-1型，EC傳感器型號(hào)為EC-40，PH傳感器型號(hào)為P60C-6；嵌入式數(shù)據(jù)集中器2通過三相交流接觸器11與灌溉營養(yǎng)液控制泵相聯(lián)，承擔(dān)滴灌首部控制器的控制功能；嵌入式數(shù)據(jù)集中器通過RS485總線分別與室外氣象站、溫室環(huán)境控制器相聯(lián)，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；溫室環(huán)境控制器通過模擬信號(hào)線與溫室環(huán)境傳感器相聯(lián)，溫室環(huán)境控制器通過三相交流接觸器與溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)相聯(lián)。三相交流接觸器的型號(hào)為CJX-12A，溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括天窗電機(jī)(交流380V電機(jī)，可正反轉(zhuǎn))、側(cè)窗電機(jī)(交流380V電機(jī)，可正反轉(zhuǎn))、外遮陰電機(jī)(交流380V電機(jī)，可正反轉(zhuǎn))、內(nèi)膜電機(jī)(交流380V電機(jī)，可正反轉(zhuǎn))、內(nèi)外噴淋裝置型號(hào)BPW315、濕簾風(fēng)機(jī)裝置型號(hào)DJF-1250、二氧化碳施放裝置型號(hào)CPT-90、熱風(fēng)機(jī)加熱裝置型號(hào)RFB-2000等；溫室環(huán)境傳感器包括HD688T溫度傳感器、HTF3223濕度傳感器、TGS4160二氧化碳濃度傳感器，以及各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的到位行程開關(guān)D5020。將各部件按圖1-圖2所示的方式連接，該領(lǐng)域的技術(shù)人員均能順利實(shí)施。
權(quán)利要求1.一種基于多主通訊機(jī)制的多個(gè)溫室群控裝置，由控制室、EC傳感器(4)、溫室環(huán)境控制器(3)、溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)(6)、溫室環(huán)境傳感器(7)、室外氣象站(8)、PH傳感器(9)、灌溉營養(yǎng)液控制閥(10)、灌溉營養(yǎng)液控制泵(5)組成，其特征在于控制室由監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)(1)和嵌入式數(shù)據(jù)集中器(2)即滴灌首部控制器組成，監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)(1)和嵌入式數(shù)據(jù)集中器(2)通過RS232數(shù)據(jù)總線相聯(lián)，嵌入式數(shù)據(jù)集中器(2)通過模擬信號(hào)線分別與灌溉營養(yǎng)液管道的EC傳感器(4)和PH傳感器(9)相聯(lián)，嵌入式數(shù)據(jù)集中器(2)通過模擬信號(hào)線連接灌溉營養(yǎng)液控制閥(10)，嵌入式數(shù)據(jù)集中器(2)通過三相交流接觸器(11)與灌溉營養(yǎng)液控制泵(5)相聯(lián)；嵌入式數(shù)據(jù)集中器(2)通過RS485總線分別與溫室環(huán)境控制器(3)、室外氣象站(8)相聯(lián)；溫室環(huán)境控制器(3)通過模擬信號(hào)線與溫室環(huán)境傳感器(7)相聯(lián)，溫室環(huán)境控制器(3)通過三相交流接觸器(11)與溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)(6)相聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多主通訊機(jī)制的多個(gè)溫室群控裝置，其特征在于溫室環(huán)境控制器(3)為n個(gè)，n為1-128。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于多主通訊機(jī)制的多個(gè)溫室群控裝置，其特征在于各個(gè)溫室環(huán)境控制器(3)是并聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多主通訊機(jī)制的多個(gè)溫室群控裝置，其特征在于溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)(6)由熱風(fēng)機(jī)加熱裝置(18)、內(nèi)外噴淋裝置(19)、濕簾風(fēng)機(jī)裝置(20)、二氧化碳施放裝置(21)、天窗、側(cè)窗三相電機(jī)(22)、內(nèi)外膜三相電機(jī)(23)組成，熱風(fēng)機(jī)加熱裝置(18)、內(nèi)外噴淋裝置(19)、濕簾風(fēng)機(jī)裝置(20)、二氧化碳施放裝置(21)、天窗、側(cè)窗三相電機(jī)(22)、內(nèi)外膜三相電機(jī)(23)分別通過三相交流接觸器(11)連接溫室環(huán)境控制器(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多主通訊機(jī)制的多個(gè)溫室群控裝置，其特征在于溫室環(huán)境傳感器由溫度傳感器(12)、濕度傳感器(13)、二氧化碳濃度傳感器(14)、天窗行程開關(guān)(15)、側(cè)窗行程開關(guān)(16)、內(nèi)外膜行程開關(guān)(17)組成，溫度傳感器(12)、濕度傳感器(13)、二氧化碳濃度傳感器(14)、天窗行程開關(guān)(15)、側(cè)窗行程開關(guān)(16)、內(nèi)外膜行程開關(guān)(17)分別通過模擬信號(hào)線連接溫室環(huán)境控制器(3)。
專利摘要本實(shí)用新型屬現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，具體涉及一種基于多主通訊機(jī)制的多個(gè)溫室群控裝置。由控制室、EC傳感器、溫室環(huán)境控制器、溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)、溫室環(huán)境傳感器、室外氣象站、PH傳感器、灌溉營養(yǎng)液控制閥、灌溉營養(yǎng)液控制泵組成，控制室由監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)和嵌入式數(shù)據(jù)集中器組成，兩者通過RS232數(shù)據(jù)總線相聯(lián)，嵌入式數(shù)據(jù)集中器通過模擬信號(hào)線分別與EC、PH傳感器、灌溉營養(yǎng)液控制閥相聯(lián)，同時(shí)通過三相交流接觸器與灌溉營養(yǎng)液控制泵相聯(lián)，并通過RS485總線分別與溫室環(huán)境控制器、室外氣象站相聯(lián)；溫室環(huán)境控制器通過模擬信號(hào)線與溫室環(huán)境傳感器相聯(lián)，同時(shí)通過三相交流接觸器與溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)相聯(lián)。本實(shí)用新型利用環(huán)境控制設(shè)備對(duì)溫室內(nèi)的環(huán)境條件進(jìn)行有效控制，采用連續(xù)生產(chǎn)、管理方式，不受地點(diǎn)和氣候影響，有效改善農(nóng)業(yè)生態(tài)、生產(chǎn)條件，促進(jìn)農(nóng)業(yè)資源的科學(xué)開發(fā)和合理利用，提高經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)A01G9/24GK2879257SQ200620039
公開日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2006年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月21日
發(fā)明者徐立鴻, 吳軍輝, 吳啟迪, 林開顏, 陳杰 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)