基于无线传感器网络的智能大棚控制系统

　　0 引言

　　智能大棚是基于嵌入式系统和无线传感器网络的自动控制系统，整个系统由无线监控节点、传感器、变频器和全GUI的人机控制终端等组成。各种传感器、语音呼叫和控制状态数据由安置在各个大棚里的监控节点来采集，再通过无线局域网传输到控制中心，计算机根据预先设定的数据，通过数据比较结合PID算法来精确控制各个控制终端。用户可以随时调整这些自动控制，以便让大棚始终处于一个最佳生长环境。

　　1 系统设计方案

　　系统设计主要分为两个部分，即终端虚拟控制平台系统和大棚基站系统的设计，与传统的仪器相比，基于计算机的虚拟仪器的优势就是它可以方便地进行组网通信，实现连栋大棚的规模化管理，提高系统的灵活性。首先，系统通过大棚基站内的无线传感器节点对棚内的各个环境参数进行采集(如温度、湿度、光强、CO2浓度等)，然后经过数据处理，再发送给终端虚拟控制中心，终端再通过数据比较和自适应PID控制算法发出控制指令，大棚基站接到控制指令后，对棚内的外围电气设备进行相应的控制，从而改变棚内的环境参数。如果在设定的时间内没有接到终端的控制指令，大棚基站则会通过与内部设定的环境参数的比较，对相应的电气设备进行控制操作，这种方法的好处是可以避免在终端维修或网络繁忙时出现数据遗失所造成的大棚基站失控。此外，终端和基站、基站和基站之间还可以进行语音呼叫，使终端用户可以随时和各棚内的工作人员进行联系，了解大棚基站的运作状况。其系统结构框图如图1所示。

　　2 系统硬件设计

　　系统监控主要由大棚基站和PC终端机两部分组成，PC机终端是整个系统的数据管理和控制决策中心，根据棚内的具体参数，由终端系统专家发出最合理的参数设置和控制指令。大棚基站通过无线传感器网络节点进行数据采集，并与PC机终端所设定的参数进行比较，从而对外围电气设备进行控制，以改变棚内的环境，使棚内达到一个最佳的生长环境，并把棚内的环境参数、电气设备的状态反馈给PC机终端。

　　2.1 基站控制系统

　　大棚基站控制系统以32位嵌入式微处理器为核心，由无线数据采集子系统、外围控制电路子系统、语音子系统等组成，无线数据采集子系统由多个无线传感器网终节点构成，可实时多点地准确采集大棚内的环境参数，并传给对应的基站。当终端控制台把基站设定为自动控制方式时，基站便可对接收到的数据进行处理，并与系统设定的参数进行比较，然后发出控制指令来对外围控制电路子系统进行控制(包括换气扇、灌溉网络、采光子系统等)。当终端控制台设定基站为手动控制时，终端可以通过对基站地址的设定选择指定的基站进行手动控制操作，其原理框图如图2所示。