CN204086969U - 一种大棚蔬菜生产环境自动监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种大棚蔬菜生长环境自动监控装置，包括上位计算机、CAN总线适配器、CAN总线、多个现场控制工作站及连接在各工作站上的若干个继电器、温湿度传感器、二氧化碳传感器、温度调节装置、土壤灌溉装置和二氧化碳产生装置，上位计算机通过CAN总线适配器连接CAN总线，各现场控制工作站通过CAN总线与CAN总线适配器相连接。所述上位计算机用于显示大棚内不同位置的温湿度和二氧化碳浓度的值，设置各参数的上限和下限值并向各现场控制工作站发送相关控制命令，所述现场控制工作站接收上位计算机发送的控制命令，通过继电器控制温度调节装置、土壤灌溉装置和二氧化碳产生装置，调节湿度值和二氧化碳浓度值。
Description
一种大棚蔬菜生长环境自动监控装置
技术领域
本实用新型涉及一种大棚蔬菜生长环境监控装置，具体涉及一种采用CAN总线作为通信网络的大棚蔬菜生长环境监测装置，属于大棚蔬菜生长监控技术领域。
背景技术
温、湿度和二氧化碳浓度等参数对大棚蔬菜茁壮生长有着十分重要的影响，这三个方面相互依赖而又相互制约地发挥作用。只有合理配置三者之间的关系，才能使得蔬菜增产。
我国现在的蔬菜大棚虽然总体规模比较大，但温湿度的控制方式比较单一，只是在大棚内的若干地方放置温湿度计，菜农需要挨个查看每个温湿度计的数值，费时费力；大部分的农村蔬菜大棚都没有二氧化碳的检测装置，对于二氧化碳的控制，也只是采取传统的手工方法。
实用新型内容
本实用新型的目是提供一种采用CAN总线作为通信网络的大棚蔬菜生长环境自动监控装置，实现蔬菜大棚内湿度值和二氧化碳浓度值即时采集和自动控制，构造一个最适合于大棚蔬菜生长、资源配置合理的环境。
本实用新型采用的技术方案是：这种基于CAN总线技术的大棚蔬菜生长环境自动监控装置，包括上位计算机、CAN总线适配器、CAN总线、多个现场控制工作站及连接在各工作站上的若干个继电器、温湿度传感器、二氧化碳传感器、温度调节装置、土壤灌溉装置和二氧化碳产生装置，上位计算机通过CAN总线适配器连接CAN总线，各现场控制工作站与CAN总线适配器通过CAN总线相连接。
上述的一种大棚蔬菜生长环境自动监控装置，所述上位计算机采用巡检方式，每隔一定时间向各现场控制工作站发出控制命令，设置温湿度、二氧化碳浓度等参数的上限和下限值，读取蔬菜大棚内温湿度和二氧化碳浓度等数据；所述各现场控制工作站接收上位计算机发送的控制命令，将其采集到的数据传输给上位计算机显示，并通过继电器控制温度调节装置、土壤灌溉装置和二氧化碳产生装置来调节湿度值和二氧化碳浓度值。
上述的一种大棚蔬菜生长环境自动监控装置，所述现场控制工作站包含一个CAN总线驱动器TJA1050芯片、一个CAN总线控制器SJA1000芯片和一个节点控制器STC89C52芯片。
上述的一种大棚蔬菜生长环境自动监控装置，所述温湿度传感器采用SHT11数字式温湿度传感器；所述二氧化碳传感器采用采用红外二氧化碳传感器模块MH-Z15。
本实用新型的技术效果在于：采用CAN总线构建通信网络，组建一套智能监控装置，实现对蔬菜大棚内的若干个点温湿度值和二氧化碳浓度值即时采集和控制，精确控制大棚蔬菜的生长环境，提高大棚蔬菜的生长质量和产量。
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
附图说明
图1为本实用新型的总体结构框图；
图2为本实用新型的现场控制工作站电路原理图；
图3为本实用新型的温湿度传感器和二氧化碳浓度传感器与节点控制器STC89C52芯片的连接电路图。
具体实施方式
参见图1，整个系统由上位计算机、CAN总线适配器、CAN总线、多个现场控制工作站及连接在各工作站上的若干个继电器、温湿度传感器、二氧化碳传感器、温度调节装置、土壤灌溉装置和二氧化碳产生装置组成。采用CAN总线构建通信网络，将各工作站连接成一个分布式智能大棚蔬菜生长环境自动监控系统。上位计算机通过CAN总线适配器连接CAN总线，各现场控制工作站通过CAN总线与CAN总线适配器相连接。网络拓扑结构为总线方式进行信息交换，实现上位计算机与各现场工作站的通信，对系统各现场工作站进行控制。现场控制工作站包含有一个CAN总线驱动器，一个CAN总线控制器和一个节点控制器，CAN总线驱动器选用TJA1050芯片，以SJA1000芯片作为CAN总线控制器、STC89C52单片机作为节点控制器，传输介质采用双绞线，通信速率设为20 kbit/s时，CAN总线任意两节点之间的距离可以达到3.3km，完全可以满足系统的通信要求。CAN总线抗干忧能力强，采用短帧结构，每帧信息都有校验及其它校验措施，具有强有力的错误检测功能，能自动完成出错处理和应答处理，保证数据传输的可靠性。
上位计算机采用巡检方式，每隔一定时间便向各现场控制工作站发出相关控制命令；现场控制工作站接收上位计算机发送的控制命令，将其采集到的数据传输给上位计算机显示；通过继电器控制温度调节装置、土壤灌溉装置和二氧化碳产生装置调节湿度值和二氧化碳浓度值。
通信协议采用“ID+命令+数据+校验”的形式，其中ID为11位标识符且与各工作站一一对应，通过标识符可以实现对网络介质的访问控制。根据系统的需要，将命令分为通用命令和寻址命令，通用命令是指所有收到命令的工作站都要执行的命令，寻址命令是指只有相应地址的工作站才执行的命令，由于CAN总线数据帧最多可带有8个字节的数据，将第一个字节作为地址，第二个字节作为命令字节，用于表示工作站所要执行的动作；数据则表示通信 的具体内容，通信过程中的数据全部采用ASCII码的方式传送；校验为一个字节，采用累加和的形式。
上位计算机上安装有远程监控软件，监控软件采用Visual Basic 6.0编写，基于Windows操作系统和Access数据库，它包括实时监控、智能报警、远程自动控制、历史数据分析、用户管理、数据库管理、登录密码修改、退出等Windows标准菜单项及功能按钮。
上位计算机可以实时显示大棚内部的空气温湿度、二氧化碳浓度；远程、自动控制大棚内部的温度调节装置、土壤灌溉装置和二氧化碳产生装置等设备；可以灵活的设置各个大棚内各参数的上下阀值；查看大棚内数据的实时曲线图，及时掌握大棚内蔬菜生长环境。
参见图2，现场控制工作站主要由节点控制器STC89C52、独立CAN通信控制器SJA1000、CAN总线驱动器TJA1050和高速光电耦合器6N137组成。节点控制器STC89C52负责SJA1000的初始化，通过控制SJA1000实现数据的接收和发送等通信任务。
SJA1000的AD0-AD7连接到STC89C52的P0口，连接到STC89C52的P2.0。P2.0为0时CPU片外存储器地址可选中SJA1000，CPU通过这些地址可对SJA1000执行相应的读/写操作。SJA1000的ALE分别与STC89C52的对应引脚相连，接STC89C52的STC89C52也可通过中断方式访问SJA1000。为了增强CAN总线工作站的抗干扰能力，SJA1000的TX0和RX0并不是直接与TJA1050的TXD和RXD相连，而是通过高速光耦6N137后与TJA1050相连，这样就很好的实现了总线上各CAN节点间的电气隔离。TJA1050与CAN总线的接口部分也采用了一定的安全和抗干扰措施。TJA1050的CANH和CANL与地之间并联了两个100pF的小电容，可以起到滤除总线上的高频干扰和一定的防电磁辐射的能力。
参见图3，二氧化碳浓度测量采用红外二氧化碳传感器模块MH-Z15，单片机的引脚P1.0接传感器的输出端。MH-Z15是将成熟的红外吸收气体检测技术与精密光路设计、精良电路设计紧密结合，制作出的通用型红外气体传感器，它利用非色散红外原理对空气中存在的二氧化碳进行探测，具有很好的选择性，无氧气依赖性，寿命长。二氧化碳对植物的光合作用有着直接的影响，在植物学中，有一个饱和点的概念，二氧化碳浓度在相对于光合作用上就有一个饱和点，在这个饱和点的下面，如果增加空气中的二氧化碳的浓度，农作物的光合作用会增强，当大棚内的二氧化碳含量低于饱和点值时，启动二氧化碳产生装置来增加空气中的二氧化碳的含量，促进光合作用，同时促进大棚蔬菜的生长。
单片机的引脚P1.1、P1.2接温湿度传感器，温湿度传感器采用瑞士生产的SHT11单片集成传感器，它是一种可以同时测量温度、湿度和露点的传感器，不需外围元件就可直接输出经过标定了的相对温度、湿度及露点的数字信号。按照植物种植学的相关理论，大棚温度一般白天不高于32度，夜间不低于15度，当大棚内空气温度低于15度的下限时，启动温度调节装置，使温度保持在设定的范围内。
Claims (3)
1.一种大棚蔬菜生长环境自动监控装置，其特征在于：包括上位计算机、CAN总线适配器、CAN总线、多个现场控制工作站及连接在各工作站上的若干个继电器、温湿度传感器、二氧化碳传感器、温度调节装置、土壤灌溉装置和二氧化碳产生装置，所述上位计算机通过CAN总线适配器连接CAN总线，所述各现场控制工作站通过CAN总线与CAN总线适配器相连接。
2.根据权利要求1所述的一种大棚蔬菜生长环境自动监控装置，其特征在于：所述现场控制工作站包含一个CAN总线驱动器TJA1050芯片、一个CAN总线控制器SJA1000芯片和一个节点控制器STC89C52芯片。
3.根据权利要求1所述的一种大棚蔬菜生长环境自动监控装置，其特征在于：所述温湿度传感器采用SHT11数字式温湿度传感器；所述二氧化碳传感器采用采用红外二氧化碳传感器模块MH-Z15。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105867476A (zh) * | 2016-03-29 | 2016-08-17 | 天津工业大学 | 一种基于stm32f103rc的植物生长箱控制系统 |
| CN109658681A (zh) * | 2019-02-18 | 2019-04-19 | 西南大学 | 一种移动农机车载终端数据采集装置 |
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