基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能大棚控制系統(tǒng)

摘要：給出了一種基于嵌入式系統(tǒng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能大棚控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，該方法通過傳感器對系統(tǒng)內(nèi)的各種環(huán)境參數(shù)進(jìn)行采集，并由無線通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳回控制終端。控制終端由Qt編寫，能完成圖形界面繪制、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫管理和PID控制計算，以及整個智能大棚系統(tǒng)的運行。運行結(jié)果表明，該系統(tǒng)人機界面良好、操作簡便、自動化程度高，具有良好的應(yīng)用前景和推廣價值。
關(guān)鍵詞：智能大棚；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；無線數(shù)據(jù)采集；ARM

0 引言
智能大棚是基于嵌入式系統(tǒng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自動控制系統(tǒng)，整個系統(tǒng)由無線監(jiān)控節(jié)點、傳感器、變頻器和全GUI的人機控制終端等組成。各種傳感器、語音呼叫和控制狀態(tài)數(shù)據(jù)由安置在各個大棚里的監(jiān)控節(jié)點來采集，再通過無線局域網(wǎng)傳輸?shù)娇刂浦行模嬎銠C根據(jù)預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)比較結(jié)合PID算法來精確控制各個控制終端。用戶可以隨時調(diào)整這些自動控制，以便讓大棚始終處于一個最佳生長環(huán)境。

1 系統(tǒng)設(shè)計方案
系統(tǒng)設(shè)計主要分為兩個部分，即終端虛擬控制平臺系統(tǒng)和大棚基站系統(tǒng)的設(shè)計，與傳統(tǒng)的儀器相比，基于計算機的虛擬儀器的優(yōu)勢就是它可以方便地進(jìn)行組網(wǎng)通信，實現(xiàn)連棟大棚的規(guī)模化管理，提高系統(tǒng)的靈活性。首先，系統(tǒng)通過大棚基站內(nèi)的無線傳感器節(jié)點對棚內(nèi)的各個環(huán)境參數(shù)進(jìn)行采集(如溫度、濕度、光強、CO2濃度等)，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，再發(fā)送給終端虛擬控制中心，終端再通過數(shù)據(jù)比較和自適應(yīng)PID控制算法發(fā)出控制指令，大棚基站接到控制指令后，對棚內(nèi)的外圍電氣設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的控制，從而改變棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)。如果在設(shè)定的時間內(nèi)沒有接到終端的控制指令，大棚基站則會通過與內(nèi)部設(shè)定的環(huán)境參數(shù)的比較，對相應(yīng)的電氣設(shè)備進(jìn)行控制操作，這種方法的好處是可以避免在終端維修或網(wǎng)絡(luò)繁忙時出現(xiàn)數(shù)據(jù)遺失所造成的大棚基站失控。此外，終端和基站、基站和基站之間還可以進(jìn)行語音呼叫，使終端用戶可以隨時和各棚內(nèi)的工作人員進(jìn)行聯(lián)系，了解大棚基站的運作狀況。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
系統(tǒng)監(jiān)控主要由大棚基站和PC終端機兩部分組成，PC機終端是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理和控制決策中心，根據(jù)棚內(nèi)的具體參數(shù)，由終端系統(tǒng)專家發(fā)出最合理的參數(shù)設(shè)置和控制指令。大棚基站通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并與PC機終端所設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行比較，從而對外圍電氣設(shè)備進(jìn)行控制，以改變棚內(nèi)的環(huán)境，使棚內(nèi)達(dá)到一個最佳的生長環(huán)境，并把棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)、電氣設(shè)備的狀態(tài)反饋給PC機終端。