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基于ARM的温室智能监控终端设计

作者:张阿鹏 王引卫 白军元

  摘 要:依据温室植物生长对温湿度、光照、CO2等环境参数变化的控制要求,本文阐述了一种以TM4C1230E6PM为核心的温室多参数智能监控终端设计,完成温室环境参数的实时的分类处理、存储、显示、预警、历史数据远程查看分析等功能。该系统原理样机已完成软硬件的调试、测试,性能稳定,可满足实际应用要求,具有良好的应用前景。

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  关键词:智能监控;ARM;存储;RS485总线
  DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.122
  0 引言
  目前国内市场上成型的温室控制器只能实现对单一环境因子监测,不能满足温室生产的实际需求,为此,本文设计了一种基于TM4C1230E6PM为核心的温室智能监控终端,通过不同的软件设计实现多传感器数据的采集存储、分析预警功能,大大提高了温室管理的智能化水平。
  1 温室智能监控终端硬件总体方案设计
  如图1所示,该终端功能模块包括处理器模块、存储模块、通讯及采集模块、电源模块、按键显示模块等。

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  1 温室智能监控终端硬件总体方案设计
  如图1所示,该终端功能模块包括处理器模块、存储模块、通讯及采集模块、电源模块、按键显示模块等。
  处理器模块完成各接口数据的采集、处理、存储、显示及现场预警、现场控制等功能;存储模块为SPI接口的FlashRAM,完成功能软件的存储、运行,采集数据、历史数据的存储;通讯及采集模块选用了高速通用串行多节点、长距离通信的RS485总线,实现各类传感器数据的采集、远程控制端通信功能;电源模块作为二级转换,实现温室提供电源的二级转换,给各模块提供所需电源;按键显示模块作为人机交互界面,实现人机交互输入及参数设置,数据处理结果的显示、预警、查看等。
  该终端通过RS485总线查询温室内温湿度等传感器采集的实时数据,对输入数据进行相应分析和处理,并实时显示。

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  2 温室智能监控终端硬件设计
  (1)微处理器。主控制模块选用TM4C1230E6PM是基于ARM公司的Cortex-M4內核的微处理器,主要完成各接口数据的采集、处理、存储、显示及现场预警、现场控制等功能,是温室智能监控终端的核心模块。
  (2)存储模块。存储模块主要是将温室实际测量数据及用户现场改变的控制参数存入SPI Flash,其采用SPANSION公司的S25FL128P0XNFI00,容量可以满足需求,连接处理器集成的SSI接口,配置为SPI模式。
  (3)按键和数据显示模块。显示模块选用2.7寸OLED屏,分辨率为 128*64。显示屏下方共设计换行、换列、关屏、设置、滚动、确定键。6个键通过6个GPIO以中断方式向微处理器上报,微处理器接到按键输入中断后,进行判断后通过相应中断服务程序,实现各种需求的功能。
  (4)通讯及采集模块。通讯接口需求为两路,一路连接传感器,一路对外通信(包含数据读取、上位机给智能终端的命令下达、程序更新、电池电量监控及各种可能的串口通讯功能)。设计采用处理器集成串口(总共有8路),通过收发器SP3485EN扩展出两路RS485接口,实现各类传感器数据的采集、远程控制端通信功能。
  (5)电源转换模块。电源转换模块以TPS54340核心,将电池输入转换为微处理器和OLED屏用的稳定的DC3.3V。另外,由于电池供电最低电压为10V,但传感器输入电压需要大于11V,所以增加一路boost电路,用于给传感器提供稳定的12V电压。
  3 温室智能监控终端软件方案设计
  软件设计依据温室控制要求,完成对各个传感器的数据采集、处理、显示及存储等功能。
  如图2所示,智能终端加电后,完成硬件系统初始化,处理器脱离复位后从FlashRAM的0x00000000地址出执行主程序,首先对各功能部件完成关键参数初始化设置、功能部件自检,各传感器数据通过中断方式将数据实时传送到处理器,主程序收到硬件中断后,依据中断向量表调用不同的中断函数,实现温室数据的采集处理、存储及通信等功能。主程序以循环方式执行,以确保对温室环境数据实现实时监测控制。
  4 结语
  本文根据温室作物生长对环境的控制要求,设计了温室多参数智能监控终端,实现了对温室环境因子的动态智能监控。在实验过程中温室智能监控终端运行稳定,效果良好,具有较强的实际应用价值。
  参考文献:
  [1]陈建新.数字DHT11温湿度传感器在温室控制系统中的应用[J].山东工业技术,2016(18):120.
  [2]徐飞.温室智能控制终端的设计与实现[D].苏州大学,2014.
  [3]张英梅,傅仕杰.STM32的智能温室控制系统[J].软件,2010(12):14-18.
  基金项目:本文得到西京学院2018-2019学年研究生创新基金项目“基于ARM的温室多功能监测仪的设计与开发”的资助。

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