专利名称：一种温室环境监测系统及其通信方法
技术领域：
本发明涉及一种温室环境监测系统的技术领域，特别是具有多种功能的整套温室环境监测系统。
背景技术：
目前，现代温室朝着集约化、规模化的方向发展，对于温室智能化管理的要求日益提高，对温室环境数据(如空气温度、空气湿度、二氧化碳浓度等)的监测是温室、大棚高产的基本前提。传统的温室监测系统下位机部分功能简单，通常只能实现数据的采集、传送功能，仅能由上位机进行系统控制命令的输入和执行结果的输出，不具有温室本地化操作和显示的功能，不利于现场控制，存在控制方式单一的缺点。传统的温室监测系统大多只监测空气温湿度，而实际上在农作物的不同生长阶段对于二氧化碳的要求是不尽相同的，存在监测量单一的缺点。传统的温室监测系统下位机软件采用单任务、前后台的工作方式，存在实时性不强的缺点。

发明内容
本发明的目的是为了为了克服传统温室环境监测系统控制方式单一、监测量单一的缺点，提供了一种温室环境监测系统及其通信方法。为了实现上述目的，本发明的技术方案是一种温室环境监测系统，包括上位机和下位机，其特征在于，所述上位机和下位机通过RS232/485转换器建立通信连接，所述下位机的硬件部分包括主芯片单元、命令输入单元、显示输出单元、综合测量单元和电源模块， 所述主芯片单元分别与命令输入单元、显示输出单元、RS232/485转换器和综合测量单元连接，所述电源模块分别和主芯片单元和综合测量单元连接并为其提供电源，所述综合测量单元包括空气温湿度传感器、二氧化碳传感器、电路放大电流和A/D转换芯片，所述二氧化碳传感器通过电路放大电流和A/D转换芯片与主芯片单元连接并为其提供传感信号，所述空气温湿度传感器直接与主芯片单元连接并为其提供传感信号。本发明的另一技术方案是一种温室环境监测系统的通信方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1 下位机操作系统任务构建；首先进行初始化内核，建立系统级的统计任务和空闲任务，随后进行初始化系统参数，确定系统的时钟参数和各种硬件参数，还包括任务运行所需要的空间、全局变量等系统资源；初始化串口、液晶显示器则执行串口初始化操作，如确定通讯波特率，确定液晶器的显示规则等；随后建立主任务，并将其设为最高优先级，主任务完成余下用户级任务的建立工作；步骤2 上下位机不同通讯数据流的区分；构造不同的“标志首字符”用于区分上位机和下位机之间的各种通讯数据流，规定每次完整的通讯数据流长度为8个字节，这由通讯量最大的任务即液晶屏显示任务所决定；第一个字节为标志首字符，其余字节为数据流内容串口数据，接收任务能够按照不同的标志首字符进行命令的解码操作，并根据解码结果对信号量集的特定位进行置位操作，如果解码结果为液晶屏显示任务则还需要将解码数据送入特定消息邮箱；步骤3 下位机多任务间的通讯；系统构建了消息队列数组1、信号量集、消息邮箱 1、消息队列数组2以及消息邮箱2用于多任务间的通讯；步骤4:上位机软件构建。本发明的有益效果是针对传统温室环境监测系统控制方式单一、监测量单一、实时性不强的三个缺点，本发明采用相适应的系统与方法，分别从硬件和软件层面上统一克服了上述缺点，本发明具有本地化系统操作或上位机系统操作的功能，可监测温室多种环境值，实时响应系统输入命令。此外，上位机还能进行数据存储、回溯，本发明还具有硬件和软件便于升级的优点。


图1是本发明的系统结构图；图2是下位机操作系统初始化流程图；图3是UC/0S-II嵌入式操作系统任务关系图；图4是串口 ISR流程图；图5是上位机软件结构图；图6是上位机软件功能划分示意图。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。首先介绍本发明的系统结构，如附图1所示，本发明系统结构主要包括上位机和下位机部分。上位机采用PC机，通过RS232/485转换器与下位机主芯片相连接，使得通讯距离能够可达1200米。下位机硬件部分包括主芯片单元、命令输入单元、显示输出单元、综合测量单元、电源模块。下面，为了便于本领域的普通技术人员了解并可以实施本发明，对上述系统下位机各单元和模块的具体情况做进一步详细的描述主芯片单元作为下位机的核心芯片。本实施例选用ARM-7系列芯片LPC2100，该芯片具有高安全性和高可靠性等优点。命令输入单元适用于本地化系统命令的输入。本实施例选用外设按键配合 74HC148编码器实现，可以节约芯片引脚，采用优先编码器进行外设按键编码而非按键直接连接主芯片引脚的连接方式，为系统扩容升级提供冗余。显示输出单元用于在本地化显示和输出。显示和输出的数据由上位机经串口发送而来，本实施例中采用IXD1602液晶显示器、蜂鸣器和LED灯。IXD1602液晶显示器可用于实时显示环境数据以及其他上位机要求显示的信息，环境测量值超过警戒值时则通过蜂鸣器和LED灯报警。综合测量单元是温室环境值的直接感知部分，由空气温湿度传感器和二氧化碳传感器、电路放大电流和A/D转换芯片组成。本实施例中选用SHT75湿度传感器测量空气温湿度数据，SHT75是数字型传感器，是由sensirion公司生产的世界领先的传感器，测量范围广，可在-40°C到+123.8°C的范围内使用，精度高误差小于士 1.8% RH，功耗低；选用 MG811传感器作为二氧化碳传感器，MG811为模拟型传感器，输出电压信号，需将采集到的信号送入电流放大装置进行放大，之后通过模/数转换器将模拟信号转为数字信号之后送入LPC2100主芯片进行处理，SHT75为数字传感器，可直接将采集数据送入LPC2100主芯片， 本发明提供了数字型传感器和模拟型传感器的处理方案，能够便于后期扩容。电源模块用于为系统提供工作电源。本实施例采用外接电源供电，分别为主芯片和二氧化碳传感器供电。为了便于本领域的普通技术人员进一步了解本发明，下面介绍本发明与系统相适应的方法，主要包括步骤1 下位机操作系统任务构建；步骤2 上下位机不同通讯数据流的区分；步骤3 下位机多任务间的通讯；步骤4 上位机软件构建。为了便于本领域的普通技术人员进一步了解本发明，首先介绍步骤1 下位机操作系统任务构建本系统的下位机软件操作系统采用yc/os-n，它是可移植的，可植入 ROM的，可裁剪的，抢占式的，实时多任务操作系统内核。它被广泛应用于微处理器、微控制器和数字信号处理，具有执行效率高，占用空间小，实时性优良的特点。下位机主程序流程图如附图2所示。首先进行初始化内核，建立系统级的统计任务和空闲任务，随后进行初始化系统参数，确定系统的时钟参数和各种硬件参数，还包括任务运行所需要的空间、全局变量等系统资源。初始化串口、液晶显示器则执行串口初始化操作，如确定通讯波特率，确定液晶器的显示规则等。随后建立主任务，并将其设为最高优先级，主任务完成余下用户级任务的建立工作，然后执行yC/OS-II中OSMartO函数将控制权交还操作系统内核，此后下位机的系统资源均由yC/os-n操作系统分配。系统共建立10个用户级任务，其优先级由高到低和其主要功能如下所示1)主任务，依次建立其他任务；2)外部中断任务，判定按键种类，并根据按键种类执行相应操作；3)报警任务，根据上位机警报消息执行报警功能，包括点亮LED灯，使蜂鸣器发出警报声响；4)复位任务，执行下位机复位功能；5)串口接收任务，判定上位机所传送数据流种类，判定外置按键的命令种类；6)串口数据发送任务，通过轮询方式将数据发送至上位机；7)温湿度数据采集任务，用于采集SHT75温湿度数据；8) 二氧化碳浓度采集任务，用于采集二氧化碳浓度数据；9)自动采集任务，按预设周期自动采集环境数据并上传至上位机；10)液晶屏显示任务，根据上位机所传输的数据流，启动液晶屏显示相应数据。为了便于本领域的普通技术人员进一步了解本发明，下面介绍步骤2 上下位机不同通讯数据流的区分构造不同的“标志首字符”用于区分上位机和下位机之间的各种通讯数据流，规定每次完整的通讯数据流长度为8个字节，这由通讯量最大的任务即液晶屏显示任务所决定。第一个字节为标志首字符，其余字节为数据流内容串口数据，接收任务能够按照不同的标志首字符进行命令的解码操作，并根据解码结果对信号量集的特定位进行置位操作，如果解码结果为液晶屏显示任务则还需要将解码数据送入特定消息邮箱。本系统设定的串口通讯数据流标志首字符如下表所示
权利要求
1.一种温室环境监测系统，包括上位机和下位机，其特征在于，所述上位机和下位机通过RS232/485转换器建立通信连接，所述下位机的硬件部分包括主芯片单元、命令输入单元、显示输出单元、综合测量单元和电源模块，所述主芯片单元分别与命令输入单元、显示输出单元、RS232/485转换器和综合测量单元连接，所述电源模块分别和主芯片单元和综合测量单元连接并为其提供电源，所述综合测量单元包括空气温湿度传感器、二氧化碳传感器、电路放大电流和A/D转换芯片，所述二氧化碳传感器通过电路放大电流和A/D转换芯片与主芯片单元连接并为其提供传感信号，所述空气温湿度传感器直接与主芯片单元连接并为其提供传感信号。
2.一种温室环境监测系统的通信方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1 下位机操作系统任务构建；首先进行初始化内核，建立系统级的统计任务和空闲任务，随后进行初始化系统参数，确定系统的时钟参数和各种硬件参数，还包括任务运行所需要的空间、全局变量等系统资源；初始化串口、液晶显示器则执行串口初始化操作，如确定通讯波特率，确定液晶器的显示规则等；随后建立主任务，并将其设为最高优先级，主任务完成余下用户级任务的建立工作；步骤2 上下位机不同通讯数据流的区分；构造不同的“标志首字符”用于区分上位机和下位机之间的各种通讯数据流，规定每次完整的通讯数据流长度为8个字节，这由通讯量最大的任务即液晶屏显示任务所决定；第一个字节为标志首字符，其余字节为数据流内容串口数据，接收任务能够按照不同的标志首字符进行命令的解码操作，并根据解码结果对信号量集的特定位进行置位操作，如果解码结果为液晶屏显示任务则还需要将解码数据送入特定消息邮箱；步骤3 下位机多任务间的通讯；系统构建了消息队列数组1、信号量集、消息邮箱1、消息队列数组2以及消息邮箱2用于多任务间的通讯；步骤4:上位机软件构建。
全文摘要
本发明涉及一种温室环境监测系统，包括上位机和下位机，其特征在于，所述上位机和下位机通过RS232/485转换器建立通信连接，所述下位机的硬件部分包括主芯片单元、命令输入单元、显示输出单元、综合测量单元和电源模块，所述主芯片单元分别与命令输入单元、显示输出单元、RS232/485转换器和综合测量单元连接，所述电源模块分别和主芯片单元和综合测量单元连接并为其提供电源，所述综合测量单元包括空气温湿度传感器、二氧化碳传感器、电路放大电流和A/D转换芯片，所述二氧化碳传感器通过电路放大电流和A/D转换芯片与主芯片单元连接并为其提供传感信号。本发明的有益效果是可监测温室多种环境值，实时响应系统输入命令。
文档编号G01D21/02GK102538877SQ201210014290
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月17日 优先权日2012年1月17日
发明者宋永端, 昝宝亮, 曾宇, 王艳辉 申请人:电子科技大学