CN103064350A - 一种基于嵌入式技术的远程环境监测/控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于嵌入式技术的远程环境监测/控制系统，它是由采集各种环境信号的传感器，模拟选择开关，模数转换器，采集终端嵌入式计算机，FPGA控制信号解码模块，光电隔离，加温、制冷和换气等执行机构，互联网和监控终端计算机组成，本发明是通过互联网实现对指定环境的温度、湿度、特殊气体浓度等指标的远程监控和图形化显示，并通过设定的指标，对温度、湿度等进行自动化调节。

Description

一种基于嵌入式技术的远程环境监测/控制系统

1.技术领域

本发明涉及远程环境监测/控制自动化领域 

2.背景技术

近年来，养殖场为提高人们的生活水平带来极大的便利，得到了迅速的推广和应用。养殖环境中的温度、湿度、CO2浓度等环境因子对动物的生产有很大的影响。传统的人工控制方式难以达到科学合理养殖的要求，目前国内可以实现上述环境因子自动监控的系统还不多见，而引进国外具有多功能的大型养殖控制系统价格昂贵，不适合国情。 

针对目前养殖场发展的趋势，提出了一种养殖场智能监控系统的设计。根据养殖场智能监控的特殊性，需要传输现场参数给管理者，并把管理者的命令下发到现场执行设备，同时又要使上级部门可随时通过互连网或者手机信息了解区域养殖场的实时状况。远程环境监测/控制系统使这些成为可能。 

所谓远程环境监测/控制系统是指对特定环境的数据信息进行采集，并通过网络传输到相应的监控系统，实现对环境的监控和控制的一种技术。远程环境监测/控制自动化技术一般应用于以下场合，如：无人值守的基站、实验室、各种养殖场等需要设定环境条件的场所。现有技术中均为单一环境条件监测系统，不易于多种环境条件的监测，多环境条件监测时造成操作的极大不便。 

3.发明内容

本发明的目的是在克服现有技术的不足之处，利用采集终端嵌入式计算机发送控制信号给模拟开关和模数转换器，分时扫描检测来自各种传感器的信号，实现各种环境信号的采集处理，并将各种信号加上时间和检测点编号之后，打包通过互联网发送至监控终端，监控终端应用程序接收该信号，并在终端显示器上以曲线形式显示；同时，采集终端嵌入式计算机对采集的各类信号进行判断是否需要调节，当某一物理量需要调节时，发送控制信号，并通过FPGA解码器后，通过光电隔离模块，对各种执行机构进行控制，实现环境参数的自动化调节和监控，操作和运行方便可靠，运营成本低，具有很强实用性。 

4.附图说明

图1是本发明基于嵌入式技术的远程环境监测/控制系统组成原理图所示，基于嵌入式技术的远程环境监测/控制系统由下列部分组成： 

●各种传感器：采集各种环境信号 

●模拟选择开关：在嵌入式计算机控制下，选择采集物理量 

●模数转换器：将环境变量由物理量转为数字量 

●采集终端嵌入式计算机：底层控制中心 

●FPGA控制信号解码模块：对控制信号解码 

●光电隔离：隔离弱电和强电信号，防止干扰 

●加温、制冷和风机等执行机构 

●互联网 

●监控终端计算机 

工作流程如下：采集终端嵌入式计算机发送控制信号给模拟开关和模数转换器，分时扫描检测来自各种传感器的信号，并将各种信号加上时间和检测点编号之后，打包通过互联发送至监控终端，监控终端应用程序接收该信号，并在终端显示器上以曲线形式显示；同时，采集终端嵌入式计算机对采集的各类信号进行判断是否需要调节，当某一物理量需要调节时，发送控制信号，并通过FPGA解码器后，通过光电隔离模块，对各种执行机构进行控制，实现环境参数的自动化调节和监控。 

图2是图1所示的基于嵌入式技术的远程环境监测/控制系统模拟电子开关电路图所示，U13是模拟电子开关，input1至input8是传感器的输入信号，PA0、PA1和PA2是来自采集终端计算机的控制信号，通过PA0、PA1和PA2的控制，选通input1至input8中的任一个信号至第12引脚输出，该信号再经过R41、R43两个电阻构成的分压网络和由运放U35构成的反向器输出，信号为ToAd至模数采样器。这样，通过采集终端计算机的控制，就实现了输入模拟信号的循环采样。 

图3是图1所示的基于嵌入式技术的远程环境监测/控制系统模数转换器线路图所示，模数转换器AD40645的第14脚是来自模拟开关选择并经电阻和运放网络处理后的传感器信号，该信号经过模数转换器转换后，以数字信号的形式输出，信号为PB0至PB7，其中PB0至PB3分时复用了高四位和第四位信号，这八个数据线直接接到了处理器的PB引脚上。 

图4是图1所示的基于嵌入式技术的远程环境监测/控制系统采集终端处理器线路图所示，PA端口作为模拟开关等器件的控制信号，PB端口作为模数转换信号的输入口，PC端口向FPGA控制信号解码模块发送控制信号。同时，该处理器还完成对各种传感器的输出信号进行处理和校正等运算功能。 

图5是图1所示的基于嵌入式技术的远程环境监测/控制系统FPGA解码模块线路图所示，U1是FPGA模块，U2、U3是HC245总线驱动信号。FPGA模块接收来自处理器的控制信号PC0至PC15，在内部对这16个控制信号进行解码后，输出UB2至UB9，UC2至UC9共16个信号，这两组信号分布输出至U2和U3两个模块进行驱动争强，用于驱动后面的光耦电路。 

图6是图1所示的基于嵌入式技术的远程环境监测/控制系统光电隔离模块线路图所示，光电 隔离模块由TLP521-4构成，该模块将数字信号和模拟信号进行隔离，在来自HC245弱电信号的控制下，使U6模块的16、14、12和10等引脚产生27伏的信号，用于控制风机和加热制冷等装置。 

图7是图1所示的基于嵌入式技术的远程环境监测/控制系统光电隔监控终端软件界面图所示，在监控终端计算机上运行指定环境监控与自动化控制系统软件，该软件从互联网接收来自采集终端发送的经过处理的各种环境信号，在后台将这些信号加上时间和采集点标记后，存入数据库，在前台进行数码显示和曲线的选择显示，如上图所示。同时该软件还包含了退出、关机、查看报告等功能。 

Claims (7)

1.一种基于嵌入式技术的远程环境监测/控制系统，其特征在于，采集终端嵌入式计算机发送控制信号给模拟开关和模数转换器，分时扫描检测来自各种传感器的信号，并将各种信号加上时间和检测点编号之后，打包通过互联网发送至监控终端，监控终端应用程序接收该信号，并在终端显示器上以曲线形式显示；同时，采集终端嵌入式计算机对采集的各类信号进行判断是否需要调节，当某一物理量需要调节时，发送控制信号，并通过FPGA解码后，通过光电隔离模块，对各种执行机构进行控制，实现环境参数的自动化调节和监控。

2.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式技术的远程环境监测/控制系统，其特征在于，各种传感器的输入信号，在采集终端计算机的控制信号作用下，通过模拟开关实现信号选择输出。

3.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式技术的远程环境监测/控制系统，其特征在于，模数转换器之前，有电阻和运放网络构成的信调理网络处理传感器信号，该信号经过模数转换器转换后，以数字信号的形式输出。

4.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式技术的远程环境监测/控制系统，其特征在于，采集终端处理器，有控制信号的输出端口，有模数转换信号的输入端口，有向FPGA解码模块发送控制信号的端口，同时处理器还完成对各种传感器的输出信号进行处理和校正等运算功能。

5.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式技术的远程环境监测/控制系统，其特征在于，FPGA解码模块接收来自处理器的控制信号，在内部对控制信号进行解码后输出。

6.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式技术的远程环境监测/控制系统，其特征在于，光电隔离模块由TLP521-4构成，该模块将数字信号和模拟信号进行隔离，通过弱电信号的控制，产生27伏的信号，用于控制风机和加热制冷等装置。

7.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式技术的远程环境监测/控制系统，其特征在于，监控终端算机上运行指定环境监控与自动化控制系统软件，该软件从互联网接收来自采集终端发送的经过处理的各种环境信号，在后台将这些信号加上时间和采集点标记后，存入数据库，在前台进行数码显示和曲线的选择显示。同时该软件还包含了超限报警、报警设置、系统退出、系统关机、查看历史数据等功能。

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