数采与处理
文章编号:1671-4598(2007) 03-0405-02
计算机测量与控制. 2007. 15(3) Com puter Measurement &C ontrol
中图分类号:TP274 文献标识码:A
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现代温室无线数据采集系统的研究
吴金洪1, 丁 飞2, 陈应春2, 张建宏2
(1. 浙江师范大学交通学院, 浙江金华 321019; 2. 江苏大学机械工程学院, 江苏镇江 212013)
摘要:针对传统温室有线数据采集系统存在着成本较高、可靠性和移动性较差等问题, 提出了一种应用无线技术组建温室数据采集系统的设计和应用方案, 通过无线收发模块实现温室内各种生长环境检测传感器无线化, 从而实现温室内作物生长环境的无线智能调控, 为解决传统温室有线系统的局限性提供了技术措施; 该系统操作简单, 具有人性化, 为提高温室环境信息管理自动化程度和设施农业种植决策提供依据, 从而提高了温室生产的技术水平, 减轻了劳动强度, 提高了劳动效率。
关键词:温室; 数据采集系统; 无线收发模块
Study on Wireless Data Acqu isition System of Modern Greenhouse
Wu Jinhong 1, Ding Fei 2, Chen Ying chun 2, Zhang Jianho ng 2
(1 Co llege o f Co mmunicatio ns, Zhejiang N or mal U niver sity , Jinhua 321019, China; 2 Colleg e of M echanical Eng ineering , Jiangsu U niver sity, Zhenjiang 212013, China)
Abstract:T o solve the problems of the traditional data acqu isition sy stem in greenh ou se, such as high er cost, w orse reliability and mob ility, the sys tem based on w ir eless tech nology is proposed, through w ireles s transceiver s various sen sors testing environm ent can be made in gr een house w ireless, w hich can intelligently adjust and control the grow th en vir onm ent of crops in greenh ou se, and p rovide technical m eas ur es for the limitations of traditional greenhous e cable s ystem T he system can b e operated easily, ow ned the characteris tic of humanization, als o im proved the automated degree of the greenhouse environment information management, and provided a method for the plan tin g decision of th e installation agricultu re, thus en hancing the technological level of gr een house pr odu ction, reducing labor in tensity an d impr oving labor efficiency
Key words :greenh ou se; data acquisition system; w ireless transceiver
0 引言
近20年来, 设施农业在我国得到了突飞猛进的发展, 设
施类型也由季节性的简易拱棚逐步在向常年性的温室方向发展。但是与欧洲发达国家相比, 我国温室的智能化水平还比较低, 现有温室大都以有线接入为主。近几年来, 国内外一些科研院所和高校开展了无线传感器网络理论和应用的研究, 从可以获得的文献资料来看, 基本处于起步阶段, 而在设施农业方面, 除了柳桂国、应义斌将蓝牙技术应用在温室环境检测与控制系统中, 张潜、王立人将蓝牙技术应用在温室数据采集系统中之外, 未见有其它报道[1-2]。
现代温室的数据采集系统是实现其生产自动化、高效化的最关键、最为重要的环节, 传统的传感器数据采集系统采用导线连接, 在传感器至信号处理器之间需要大量电缆。温室环境不同于其他环境, 在温室中大量布线是十分困难的。为此, 在温室中应用基于无线技术的无线网络化传感器, 将有助于解决原有有线系统的局限性。
是其存在着明显不足, 如成本比较高、可靠性和移动性较差等。根据人们的需求和温室条件, 有许多理由让人们选择安装基于无线技术的数据采集系统而不是传统的有线数据采集系统。1 1 减少成本
温室大棚构造面积较大, 传感器又属定点使用的一次性仪表, 故各类传感器的使用数量较多, 传感器与信号处理器间需要大量的线缆, 传感器越多, 系统开支越大。同时, 传感器要随时校正, 根据测量对象来变更工程单位, 而且有时传感器接线是临时性的, 经常拆卸和重装, 既费时又会降低系统的可靠性[3-4]
。而通过无线技术建立的温室数据采集系统可以提供一
个简单直接的解决方案, 并且用户还可以随时更换监测目标和监测内容。
1 2 提高系统工作可靠性
传统的温室数据采集系统有一个使用期限。开发人员和工程师在排除错误之后, 该系统很可能是相当可靠的。但是该系统有一个薄弱环节, 即线路本身会有一些金属接头生锈、渗水, 特别是温室环境的特殊性, 高温高湿, 土壤盐渍化严重, 使得布线材料容易受到腐蚀。另外还有人为的意外切断线路或者联结不良而造成线路中断, 导致通信线路失效, 破坏系统中的数据交换, 而排查故障往往需要花费大量的时间。而建立一个无线数据采集系统将会大大地降低此类故障的发生率。1 3 增强系统移动作业的能力
选择无线技术建立温室数据采集系统的一个最突出的理由就是它的移动性。温室内布有大量的信号传输线和动力线, 导
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1 温室数据采集系统的技术要求
传统的温室数据采集系统尽管也能够满足应用的需要, 但
收稿日期:2006-05-06; 修回日期:2006-06-21。基金项目:江苏省教育厅自然科学计划项目(03KJD520077) 。作者简介:吴金洪(1969-) , 男, 浙江义乌人, 副教授, 主要从事系统检测与控制方向的研究。
406 计算机测量与控制 第15卷
致温室建造、安装、维护复杂, 工作量大, 可靠性低; 设施扩建更新困难; 农业机器人等移动作业设施应用受到限制; 设施环境信息检测灵活性差, 信息检测在空间位置上无法随时调整, 不能适应高矮、大小不同作物对生长空间和环境的要求[5]。为此, 在温室中应用无线数据采集系统, 将有助于解决原有有线系统的局限性。
引脚控制M A X 的DE 端和RE 端, RX D 、T X D 引脚接入RS -485网络。采用数码管静态显示, 通过74L S164串联驱动。按键主要功能是实现某环境参数的即时检测, 以快速作出反应。
2 2 现场采集终端采集电路设计
数据采集终端采集电路主要是基于W 8600模块, 湿度传感器采用H umir el 公司的H M 1500, 温度采用Dallas 公司的DS18B20, 现场采集终端的电路设计如图3所示。
2 系统设计方案
本系统总体结构框图如图1所示。系统属于层次型的异构网络结构, 主要由主控机、数据采集器和现场采集终端组成。
图3 现场采集终端采集电路设计
图1 应用系统结构
2 3 电源检测及看门狗电路设计
现场采集终端采用电池供电, 电量不足时应及时报警, 提醒用户保存测量数据, 对电池进行充电。如果系统运行过程出错, 应及时复位以恢复工作。本系统采用功能丰富的M AX813L E 芯片实现电源检测和看门狗复位, 保证系统工作的可靠性。
主控机位于整个系统的最上层, 负责控制和管理系统中的所有通信, 并对收集到的各个现场采集终端的数据进行处理。数据采集器使用无线通信与各个现场采集终端连接, 并将采集到的数据通过RS485总线传送给PC 机。现场采集终端采用多点布置的方式, 主要负责将其监测区域内的环境参数通过无线通道传递到数据采集器, 数据采集器再将收集到的数据通过通讯总线传送给主控机。系统采用查询方式, 由P C 机发送命令查询请求, 由数据采集器将各个现场采集终端的数据收集并回送给PC 机, 用户可以通过任意一台连入Inter net 的终端访问本地数据中心, 或者向主控P C 机发出指令。2 1 数据采集器设计
系统中, 数据采集器主要负责两方面的工作:一方面与主控机PC 交换数据, 另一方面实时监测现场采集终端的数据。数据采集器的结构框图如图2所示。
[6]
3 结束语
运用无线技术构建温室数据采集系统, 极大地提高了系统的可靠性、实时性, 且系统开发价格较低廉、性价比高, 安装维护简单。经过在温室现场调试使用, 效果良好, 相对湿度误差
参考文献:
[1]张 潜, 王立人. 蓝牙技术在温室数据采集系统中的应用[J ].
农机化研究, 2004, (2) :190-192
[2]柳桂国, 应义斌. 蓝牙技术在温室环境检测与控制系统中的应用
[J], 浙江大学学报(农业与生命科学版) , 2003, 29(3) :329-334
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[6]求是科技. 单片机通信技术与工程实践[M ] 北京:人民邮电出
版社, 2005
图2 数据采集器的结构框图
为了缩短开发周期, 无线收发器采用的是成都无线龙通讯
公司的W 8600型微功耗无线数据传输模块, 该模块是基于No rdic 公司的nRF9E5无线SoC 芯片, 工作于433/868/915M 频段, 内嵌高性能M CU 和4通道10位的A /D 转换器, 最低功耗仅2(A , 采用了两节电池供电。使用M axim 公司的M A X485芯片组成RS-485接口电路, W 8600的p1 0、p1 1
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