1、基于 PC-Base 的温室灌溉实验控制系统的开发基于 PC-Base 的温室灌溉实验控制系统的开发刘华.等基于 PC.Base 的温室灌溉实验控制系统的开发DevelopmentofGreenhouseIrrigatingExperimentalControlSystemBasedonPC.Base纠华旅倔衙(上海大学机电工程与自动化学院,上海 200072)摘要:采用 ADAM.4068 控制模块分别控制 3 个灌溉阀门的开关,并使用 ADAM-4017P 数据采集控制模块实时采集灌溉液的 pH,EC 值.将灌溉反馈信息实时显示在 Pc 操纵界面,以方便用户监测灌溉过程 .采用PC.Bas
2、e 的控制结构,PC 机与控制模块之间采用RS 一 485 串口进行通信. 设计的温室灌溉实验控制系统实现了温室灌溉的定时灌溉,手动灌溉和灌溉实时显示 3 大功能.该系统具有性能稳定可靠,维护方便的特点.关键词:温室灌溉控制模块数据采集模块实时显示串口通信中图分类号:Tfr273 文献标志码:AAbstract:Theon/offstatesofthreeoftheirrigationvalvesareseparatelycontrolledbyADAM-4068controlmodule,andthepHandECvaluesoftheirrigationsolutionarecollect
3、edanddisplayedinrealtimebyADAM?4017Pdataacquisitionandcontrolmodule.TheirrigationfeedbackinformationissenttoPCoperatinginterfaceformonitoringtheirrigationpedures.BasedonthecontrollingstructureofPCBaseIthecommunicationbetweenPCandcontrolmodulesisprovidedbyRS 一485seria1.Thegreenhouseirrigatingexperime
4、ntalcontrolsystemdesignedoffersthreeofthefunctionsincludingtimingirrigation-manualirrigationandrealtimeirrigationdisplay-thewholesystemfeaturesstability-reliabilityandeasymaintenance.Keywords:GreenhouseirrigatingControlmoduleDataacquisitionmoduleReal-timedisplaySerialcommunication0 引言随着计算机,自动控制和农业机械
5、技术在温室控制管理方面的广泛推广,温室自动化控制技术也随之得到了有效的发展和应用“.为了满足温室自动灌溉实验系统的特殊性要求,设计开发了一套基于 PCBase 的温室灌溉实验控制系统.该系统能够实时采集监测灌溉进程中灌溉液的 pH,EC 值,实时跟踪并反馈当前灌溉量和积累灌溉量,实现了参混肥料复合灌溉等功能,方便了温室的管理与生产.1 系统总体架构设计系统采用触摸屏式操纵面板,具有友好的人机交互界面,PC 机采用研华公司生产的 12.1 英寸(1 英寸=25.4ml/1)表面声波触摸式工业平板电脑,内置 Win.dowsCE 操作系统,120GB 硬盘配置,CPU 主频达到国家“863“高技术
6、研究发展计划资助项目(编号:2006AA10A311);上海市科委重点攻关基金资助项目(编号:073919103).修改稿收到日期:20o90326.第一作者刘华,男,1985 年生,现为上海大学控制理论与控制工程专业在读硕士研究生;主要研究方向为工业计算机控制 .自动化仪表第 3o 卷第 10 期 2009 年 10 月2.16MHz,具 6-4 个串行 I/0 口,1 个并行 I/0 口和 2 个USB 接口.Pc 机既可以通过触摸屏操纵计算机面板,又可以外接鼠标设备进行操作,功能强大,使用方便.温室灌溉实验控制系统的硬件总体结构如图 1 所示.2 个主要的控制模块分别采用研华公司生产的集
7、成模块 ADAM 一 4017P 与 ADAM-4068;各控制模块与PC 机间采用 RS-485 串口通信方式 ,具有较好的稳定性和抗干扰性.触摸屏式 PC 机I 赫 II 料 II 料 IIIIECAM8NII 漕溉阀 ll 品种 lI 品种 ll 传瘟嚣传癣器 l图 1 系统硬件总体构架图Fig.1Compositionofthesystemhardware1.1 控制模块介绍1.1.1ADAM 一 4068 模块ADAM.4068 模块是一款数字量 I/0 继电器控制输出模块,内部集成了 8 个继电器通道,其中 4 个为 A型通道,另外 4 个为 C 型通道.ADAM.4068 提供了
8、标准的 RS.485 通信方式,可以和 PC 机提供的 RS 一 485 接】9基于 PC.Base 的温室灌溉实验控制系统的开发刘华,等口完全兼容,并与 PC 机进行通信 .该模块既可以采用直接串口编程法,即通信协议采用 ADAM 的 ASCII命令,又可以调用研华公司提供的 DLL 库函数传递命令信息,使用起来较为方便.本系统用 1 个 ADAM 一4068 模块来控制 3 路灌溉阀门的开关状态,并预留其余 5 路继电器通道作为以后系统扩充的备用.1.1.2ADAM.4017P 模块ADAM 一 4017P 是一款内置式的数据采集处理控制模块,用来将处理传感器信号传输到 Pc 机接口.该智
9、能设备具有信号调理,隔离,量程调整,A/D 转换及数据通信功能,支持 ASCII 码格式的命令集,并可以通过 RS 一485 总线直接发送和接收命令.ADAM 一 4017P 具有 16位 A/D 的 8 通道的模拟量输入通道,它和模块之间能够承受 3000V 的高压,可以采集电压,电流等模拟量输入信号,并且为所有通道提供可编程的输入范围,在工业测量和监控应用方面具有良好的性价比.ADAM 一 4017P支持 8 路差分信号和 Modbus 协议.各通道可独立设置其输入范围,模块采用跳线设计结构,能在电压信号采集和电流信号采集之间跳换.本系统中使用的 pH,EC传感器的 焚 4 量信号数值范围
10、对应于 ADAM 一 4017P 提供的 420n 的模拟电流信号的输入范围,因此,本系统在使用中需要把 ADAM 一 4017P 模块内部的跳线跳接到电流采集线路.1.2 采集监测环节采集监测环节主要负责采集灌溉液的 pH 值和 EC值,因此,系统分别配置了 1 个 pH 传感器和 1 个 Ec 传感器用来实时监测和反馈灌溉液的状况.pH,EC 传感器均采用高精度灵敏测量电极,测量结果能达到 1%o 的精确度.pH 传感器配合 PHG 一 160 工业 pH 显示仪,能够将pH 传感器的模拟信号转换调整为 420mA 的电流信号,并送往 ADAM4017P 数据采集控制模块 .EC 传感器配
11、合 DDG.180 型工业电导率仪,将 EC 传感器的模拟信号转换调整为 420nA 的电流信号,送往 ADAM 一4017P 数据采集控制模块,经过 ADAM 一 4017P 的转换调理后,数字量结果反馈到 PC 控制面板,供用户监测.2 串口通信设计PC 机与控制模块间采用 RS.485 串口通信方式,并使用直接的串口编程法实现通信.本系统使用 Delphi7.0作为编程语言.,并嵌入了 VB 语言的 MSComm 串口通信控件.该控件是微软公司提供的简化 WindowsT 串行通信编程的 ActiveX 控件 ,它为应用程序提供了通过串行接口收发数据的简便方法.MSComm 控件提供了事
12、件驱动和查询 2 种处理通信的方式.通常,1 个 MSComm 控件只对应于 1 个通信串口.2.1 初始化设计本系统的 PC 机的 4 个串行端口依次为 COM0,COM1,COM2,COM3,其中 COM3 为 RS.485 接口,因此,需要添加 1 个 MSComm 控件用来对应处理 COM3端口的串口通信问题,所添加的 MSComm 控件名称定义为 RunComm,并在 Delphi7.0 环境中对 RunComm控件编制初始化程序.程序如下所示.ProcedureRunComminitalBeginRunComm.CommPort:4;将 COM3 端口地址与 RunComm 通信控
13、件相对应RunComm.Settings:=9600,N,8,1;波特率设定为 9600,无检验位,8 个数据位,1 个停止位RunComm.PortOpen:=true;打开端口Run_Comm.InBufferSize:=1024;输入缓冲区大小设为 1024 字节RunComm.outBufferSize:512;输出缓冲区大小设为 512 字节RunComm.1nputLen:=0:接收区数据长度为 0,表示全部读取RunComm.InBufferCount:=0;输入缓冲计数清零RunComm.outBufferCount:=0;输出缓冲计数清零End串口初始化完成后,就可以通过 P
14、C 机对控制模块传送相关命令,然后接收控制模块传递回来的数据,显示实时采集的灌溉液的 pH,EC 值和实时的灌溉量进程.2.2 控制命令的发送与信息反馈在发送相应的控制命令前,需要对控制模块ADAM.4068 和 ADAM 一 4017P 分配各自的物理端口地址,使这 2 个控制模块只接收和响应各自的控制命令.本系统中,分配 ADAM-4068 的物理端口地址为 02,分配 ADAM.4017P 的物理端口地址为 01.控制命令的发送包括控制命令定时发送和控制命令立即发送.定时发送对应系统的定时灌溉功能,如当设定定时器到达定时灌溉时间时,则 ADAM 一 4068 的相应通道发送灌溉阀门开启的
15、指令,灌溉开始.设定的灌溉量完成后,就对 ADAM 一 4068 的相应通道发送关闭阀门的指令,灌溉结束.控制命令立即发送对应手动灌溉功能命令,设置好手动灌溉参数后,就立即发送灌溉阀门开启指令,直到设定的灌溉量完成时,自动发送关闭阀门的指令.以下为 2 条发送指令.开启清水灌溉阀,串口发送指令为:20PR0CESSAUT0MATIoNINSTRUMENTATIoNVoL30No.10October2OO9基于 PC-Base 的温室灌溉实验控制系统的开发刘华.等A眨嘲.一xootpu,+Xvalue】(2A=斟否开始定时灌溉设定 lI 手动灌溉设定本次定时 llADAM-4068 灌溉无效 l
16、J 控制相关阀门开灌溉液进行灌溉厂否,EC 传感器.pH检测灌溉液信息,送往 ADAM-4017P完成设定灌溉量,ADAM-4068 控制相关阀门关灌溉结束ADAM-40“P采集 pH,EC 信号值送往显示控制板图 2 软件设计流程Fig.2Flowchartofsoftwaredesign软件界面的设计是为了配合完成温室灌溉实验控制系统的 3 大主要功能,即定时灌溉功能,手动灌溉功能,灌溉实时显示功能,方便用户触摸 PC 屏幕操作整个系统.灌溉实验控制系统主菜单页面如图 3 所示.图 3 主菜单页面Fig.3Interfaceofmainmenu系统主要包括定时灌溉,手动灌溉和灌溉实时显示这
17、 3 个页面,各页面设计功能如下所示.定时灌溉页面设计点击灌溉实验控制系统主菜单中的定时灌溉栏目,进人定时灌溉设置页面.该页面按照时间顺序,设计了 5个定时激活阶段.每个定时激活阶段的设置需要用户作好定时激活,定时灌溉起始时间(也就是定时灌溉的启动时间),灌溉量,选择肥料( 肥料品种对应着相应的灌溉阀门)这 4 个环节的配置.该页面的设计能够较好地满足用户多时段启动定时灌溉的需求.手动灌溉页面设计点击灌溉实验控制系统主菜单中的手动灌溉栏21基于 PC-Base 的温室灌溉实验控制系统的开发刘华.等目,进入手动灌溉设置页面.在手动灌溉设置页面下,选择灌溉量和灌溉肥料品种,并确认灌溉激活,就可以立
18、即启动相应灌溉阀门,实现灌溉.灌溉实时显示页面设计灌溉实时显示页谣包括对灌溉状态,实时灌溉量,累计灌溉量,灌溉液 pH,Ec 值以及参混肥料灌溉情况的设置,方便用户监测温室灌溉的全过程.如图 4 所示为灌溉实时控制系统运行时实时显示页面的截屏,该页面所显示的灌溉时阀门出水的速度为 0.3L/s.图 4 灌溉实时显示画面Fig.4Thereal?timedisplayoftheirrigation4 结束语本系统目前已经成功交付使用,系统运行稳定,性能良好,较好地满足了用户控制与实时监测温室灌溉的需求.依据温室灌溉系统现场的实际需要,增加灌溉环节的报警功能,使得系统能够更真实准确地监测温室灌溉的
19、详细过程,便于更及时地发现与排除温室灌溉过程的故障问题,这些问题则是本系统后续工作尚待改进的地方.参考文献1杨卫中,张曙光 .温室自动控制系统的实验研究J.农业工程,1999,15(3):259261.2金钰.工业控制计算机在自动化温室控制中的应用J.工业控制计算机,2000,13(1):16 18.3MorimotoT,HashimotoY.Anintelligentcontrolforgreenhouseautomation.orientedbytheconceptsofSPAandSFAanapplicationtoapost?harvestprocessJ.ComputersandEl
20、ectronicsinAgrieul-ture,2000,29(12):32O.4范新南,苏丽媛 ,郭建甲.多传感器信息融合综述J.河海大学:自然科学版,2005,19(1):14.5袁南儿,杨东勇 ,林毅.多传感器信息融合及其在工业控制中的应用j.浙江工业大学 :自然科学版,1999,27(4):281286.6沈才粱,万志平 ,章春军,等.Delphi7.0 程序设计教程 M.北京:清华大学出版社,2004.7梁水,李方超 ,赛奎春.Delphi 开发技术大全M.北京:人民邮电出版社,2007.(上接第 18 页)6 仿真与实验根据性能要求,用 Matlab/Simulink 对上述系统进
21、行仿真验证.仿真直流电机参数:R=0.5,:0.01mH,R,=750Q,L=0.02mH,J:0.4kg?m,=120V,Ia=10A,n:l200r/rain.在给定转速为 100r/min 时,仿真波形如图 8 所示.该设计选用了功率模块为 PM50RLA120 的 IPM(intelli.gentpowermodule),逆变输出滤波电感为 321IxH,开关频率为 20kHz,快恢复二极管耐压为 1700V 和 60A 的SKKD60F17.t/s(a)电动机转速波形L:一一一一一FL.:t/s(b)输出电流波形图 8 动态响应仿真波形Fig.8Simulionwaveformsofdynamicresponse7 结束语仿真实验证明,以 DSP 为控制核心,采用 SVPWM恒频变压逆变整流技术设计的矿井电机车调速系统,具有调速范围宽,抗干扰性强的特点,较好地解决了传统电机车效率低,触头式调速器损坏率高,调速过程中对直流电动机冲击大等问题.参考文献1聂文艳,王仲根 .基于 AVR 单片机的变频调速技术在矿用电机车上的应用J.工矿自动化,2006,12(6):2931.2李振璧,石晓艳 .基于 DSP 控制的蓄电池电机车直流斩波调速
