协调器智能控制论文范文

1系统硬件电路设计

系统的硬件电路是以TI公司生产的CC2530作为本系统的核心微处理器，选择了温室内的温度、湿度、光照度三个主要环境因子作为监测的对象，利用相应的传感器来采集各个环境参数，还可根据一些特殊需求扩展监测其它环境因子，如土壤水分、CO2浓度等对作物生长影响较大的因子。另外，本系统设置了三个继电器接口以实现对三个电器设备的远程控制。

1.1协调器节点硬件电路总体架构协调器节点硬件设计主要分为七个模块：供电电源、振荡器晶振电路、RF无线电收发射频电路、LED指示灯、按键复位控制电路、串口/USB转换电路和仿真电路。其总体架构图如下图1所示，在本系统中，CC2530芯片的工作电压为3.3V，供电电源主要负责为其提供稳定的3.3V电压。节点之间采用RF无线通信，LED指示灯电路的作用是提供通信指示，如是否连接、等待连接。微处理器要处理内部程序使电路正常运行，需要晶振电路产生内部时钟信号。复位电路的主要作用是对CC2530内部程序的复位重启，并利用按键的组合来实现RF无线通信的物理连接。同时，要求收发同频段实现有效的物理连接，达到传送监测数据的目的，还需要由RF无线电收发电路完成传感器和协调器两节点之间RF无线通信；转换电路主要是将USB接口连接到上位机PC里面，实现串行通信；仿真电路主要是利用专门的接口实现在线编程CC2530，并通过调试电路板，显示电路的功能和效果。

1.2路由器及终端节点总体架构如图2所示为本系统的路由器及终端节点硬件总体架构。从图中可以看出路由器及终端节点主要由七个模块组成，分别是电源模块、终端设备控制模块、传感器数据采集模块（温度传感器、光照传感器、湿度传感器）、LCD显示模块和扩展监测模块等组成。其中数据采集模块主要是对温度、湿度、光照度的采集，选用的温度传感器为DS18B20，温湿度传感器选用了数字式SHT71，CC2530自带12位ADC采集传感器输出电压作为光照强度传感器。这三个传感器的硬件电路较为简单，在此不再描述。另外，为了满足用户的不同需求及不同农作物的生长特点，本电路还设计了可以进行传感器扩展的扩展监测模块，从而提高系统的灵活性。

2系统软件设计

本系统软件设计开发环境选用IAREmbeddedWorkbench，能够支持各种微处理器，其编译器有很多优点，如编译速率快、代码可移植、可优化SOC集成芯片等，很大程度上体现了对硬件资源的节省。限于篇幅要求，本系统软件设计流程图不再给出。

2.1协调器节点软件设计协调器节点软件设计实现ZigBee网络组建，采集温度、湿度、光照度三个主要环境参数后，汇总相关数据再发送至上位机，由上位机对相关的数据和即时状态进行显示、存储等，同时实现用户可以查询各节点周围的环境参数，也可以进行人为的控制和干预等功能。

2.2路由器节点软件设计路由器主要是接收终端子节点发送的环境数据，并在接收后对其定时读取的环境参数进行临时存储。当协调器定时进行轮询监测时，便将临时存储的所有环境参数全部发送至协调器。值得注意的是，路由器在第一次上电加入网络时，需要设置和添加与其在同一温室的终端子节点，这样的设计有利于节点管理和控制。另外，路由器还具有的功能是根据协调器下发相应的控制命令来控制终端控制设备。

2.3终端节点软件设计低功耗的处理一直是各个系统设计所追求的重要指标之一，在软件设计中也注重使用低功耗。而终端节点最大的优点就是低功耗，可使用干电池进行供电。终端节点作为整个系统中环境监测最重要的节点，其主要功能是定时唤醒监测相应的环境参数，发送至协调器，待发送成功后再转入睡眠模式。

2.4LCD显示软件设计LCD液晶显示屏驱动通常需要完成以下四个步骤：LCD屏初始化、设置LCD屏显示坐标、获取点阵数据、字符或图像显示。

2.5上位机软件设计上位机软件设计部分主要包括数据库设计和用户管理界面设计。其中数据库使用Access2003，设计了环境数据表和报警阀值表二个表，将各节点采集到的环境数据以及其他分析数据保存在数据库中，以便日后查询和检索等。在用户管理界面采用VB编程语言进行了三个界面的设计，即登陆界面、管理设置主界面和历史数据查询界面。

3系统测试

本系统的测试主要是进行硬件和上位机软件测试，采集了温室内现场各环境参数的数值，经过分析处理并在上位机界面实时显示。本文对温室内温度、湿度两个环境因子的实测值和标准值进行了比较，得出温室内温度的数据误差绝对值都<0.5，湿度数据的误差绝对值都<2。由上述分析结果可以看出：该系统能够实时地对温室内的主要环境参数进行采集和监控，并能够实时又准确地在上位机PC界面上显示出来。

4以温度为例，设计温室智能控制算法

本文在上述测试成功的基础上，结合农业设施监测背景，针对温室环境特性提出了温度智能控制算法，用MATLAB软件中的SIMULINK仿真工具箱进行仿真和分析，得出本文设计的改进型智能控制算法超调量较小，没有振荡，可以实现自动控制和人工干预的方式来控制温室内的温度，满足智能控制的需求。

5结论

基于物联网的温室环境智能控制系统具有功耗低、易扩展稳定性高等特点，具有较好的应用前景。

作者：王燕单位：江南大学物联网工程学院江阴市华姿中等专业学校