农业中的温室种植温控系统设计

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０引言

环境因素直接影响作物的生长状态，温室种植方式可以有效地对环境因素进行调节，使作物处在最佳的环境条件下进行生长［１］。温室大棚是现代农业发展的一项基础设施，随着网络通信技术的发展，温室大棚种植模式已由粗放型向智能化、精准化及现代化方向发展［２－３］。温室种植的直接目的是对温度参数进行有效控制，作物生长过程中温度过高或者过低，均会给作物的生长状态带来不同程度的影响，通过温室系统可实时对温室内温度参数进行监测，控制环境温度，使作物能够在最佳的温度条件下进行生长，改善作物的生长状态［４］。笔者以智能通信网络为基础，采用ＥＩＧＲＰ建立网络路由通信协议，设计一种能够精准进行温室温度监控的智能控制系统。工作时，利用传感器对环境参数进行采集，并通过智能控制算法对数据进行处理，远程控制系统设备作业，实现温室环境温度的远程智能精准控制，从而提高温室大棚作物生产效益。

１温控系统总体设计

按照温室系统功能特征，可将温室系统划分为温室数据采集模块、温室设备控制模块、温室系统远程控制模块、通信网络及服务器５个不同的模块［５］。温室系统要求能够对传感器采集到的环境参数信息和作物生长状态进行有效监控分析，并生成控制指令，对温室内环境参数进行实时动态控制，实现温室的智能化和精准化管理。按照系统功能需求，温室系统数据采集模块要求能够对环境参数进行采集，同时对作物生长状态进行监测，为温室系统的智能决策过程提供输入信息［６］。温室大棚数据采集模块结构图如图２所示。温室系统远程控制模块以ＥＩＧＲＰ为基础建立路由通信协议，实现系统采集数据的上传和处理，同时对远程控制指令信息进行传输。ＥＩＧＲＰ路由通信协议采用模块化设计，为满足温室内不同节点的数据采集传输需求，所有数据均采用无线传输的方式［７］。温室系统通信网络模块结构如图３所示。

２ＥＩＧＲＰ通信协议配置

在温室系统内，环境参数的采集节点较多，采集节点与控制系统之间的数据交互方式为通信路由，需在系统内进行多点路由通信协议的建立，笔者采用ＥＩＧＲＰ进行温室温度控制系统通信协议配置。当系统内多点路由器要通过ＥＩＧＲＰ协议建立通信关系时，路由器之间的ＥＩＧＲＰ协议进程应保持一致，从而实现系统内部路由信息的自动交互。ＥＩＧＲＰ协议进程通过路由ＩＤ进行标识，与最高ＩＰ地址或者最活跃的ＩＰ地址相同；当ＥＩＧＲＰ协议进程设置完成后，在未进行人为干预的情况下保持不变；ＥＩＧＲＰ通信协议配置完成后，未经授权，外部节点路由无法加入温室通信系统当中［８］。温控节点ＥＩＧＲＰ通信协议配置流程图如图４所示。

３温度控制系统硬件设计

温控系统中主控制模块选用ＳＴＭ３２处理器，集成定时器、Ａ／Ｄ转换、串行接口及异步收发传输器等功能［９］。电源模块采用ＡＳＭ１１１７芯片电路，实现低压稳定的功能，电源输出精度达到±１％。温控系统中采用数字温湿度传感器进行环境参数采集，温度采集范围在－２０～６０℃之间，温度采集精度为±５％。温控系统采用继电器对温室内的各种设备执行机构进行控制，实现控制器输入回路和输出回路交互传输，同时与无线通信模块进行数据传输；上位机将温度传感器采集到的数据进行处理分析，并生成控制指令，发送至继电器模块，驱动温控设备执行机构动作［１０］。

４温控系统软件设计

温度控制系统软件要求能够实现系统硬件在有效时间内进行温度采集、数据传输和控制指令发送的功能，温控系统控制流程如图５所示。温控系统初始化时，通过ＥＩＧＲＰ路由协议进行网络节点配置，并搜索网络，选用有效通信信道进行通信网络组建［１１－１２］。路由节点接收到入网需求时，判断是否允许加入网络，当允许该路由节点加入网络时，分配唯一固定ＩＰ至该路由节点，该节点加入无线通信网络，形成智能化无线数据通信网络［１３］。温控系统通信网络组建流程图如图６所示。

５系统测试分析

采用ＥＩＧＲＰ路由协议建立温度控制系统，并在试验条件下对系统的通信可靠性和温度控制有效性进行检测。系统通信可靠性采用试验检测的方式，分别从５个不同的温度采集节点发出数据，在控制系统数据接收节点进行统计接收到的数据量，并与总发送数据量进行比对，计算有效接收数据。温度控制系统通信可靠性试验检测数据如表２所示。温度控制有效性：试验过程中设定目标控制温度为２６℃，在５个不同的位置进行环境温度采集，记录控制系统接收到温度参数信息到执行机构动作时间，以此来反映温度控制系统工作有效性。温度控制系统控制有效性试验数据如表３所示。６结论以ＥＩＧＲＰ通信路由协议为基础，建立的温室大棚智能温控系统，通过各种传感器对温室大棚环境内的各项参数进行实时监测和远程传输，并使用系统控制算法对环境参数进行分析，生成温度控制指令，实现温室大棚内温度自动调节，满足不同作物生长状态的需求，从而达到温室大棚智能化和精细化管理的目的。

作者:林逢升 付祥 单位: 浙江机电职业技术学院