农业温室大棚监控系统的整体设计方案（包括软硬件实现）

单片机、工控机、PLC、通用PC机等。控制器之间可以通过局域网或现场总线进行信息交换。国内外研究学者对控制系统和控制算法做了大量的研究。

我国温室产业起步比较晚。自70年代末起，我国先后从日本、美国、荷兰和保加利亚等国引进了40套左右的现代化温室成套设备。虽然这些温室技术领先、设备先进，但在我国的使用过程中还存在较严重问题，主要有以下几点:引进价格高，运行经济效益差;技术要求过高，要求经营者既要懂农业技术，熟悉英文，还要掌握电脑操作和机械运营和维护;运营模式没有与中国的实际结合起来，不适合于我国的气候特征。所以，研究开发符合我国国情、产生明显经济效益并适用于大范围推广应用的自动控制温室系统己经迫在眉睫。基于以上的种种原因，我国的农业工程技术人员在吸收发达国家高科技温室生产技术的基础上，进行了温室中温度、湿度、光照等单因子控制技术的研究，并逐步推出既适宜我国经济发展水平又能满足不同生态气候条件要求的温室控制系统。

二、需求分析

2.1 功能要求

图1 系统架构

用户可以通过上位机软件、手机短信，查询大棚温度、湿度和水位并控制大棚薄膜、排风口、进出水阀、加热器的打开与关闭。主控器将温度、湿度和水位等信息发送至上位机软件或用户手机。也可将温度和水位调整至设定值,实现闭环控制，从而实现了对农业大棚的高效管理、对自然资源的高效利用。用户也可以通过网址访问大棚的情况，通过网络来对大棚实施监控。

网络部分我们将使用AT32UC3A0512片内集成的10/100 Mbps的以太网MAC接口来实现网络的监控。初步方案，我们将网络的数据单独用一个单片机来实现，再通过UART来实现个模块间的数据的交互。不过在不影响主控单片机的反应速率和执行效率下，我们会尽量把网络部分和主控部分集成在一块单片机内，以此来降低产品的成本与功耗。

2.2 性能要求

农业温室大棚监控系统的研究与开发

在保温性能方面，该大棚模型加温耗能少，降低能耗，温室大棚透光材料覆盖面积较大，薄膜保温性好。

在耐用性方面，该大棚模型使用寿命比较长，传感器使用寿命长，抗干扰性较强。

在数据传输方面，有数据检验，传输的波特率比较，使数据有效传输。

在能耗方面，该大棚模型使用功耗低的AVR系列中的AT32UC3A0512，在不使用外设时关闭电机驱动芯片的使能脚。

在数据保存方面，该大棚模型可以记录历史数据，方便查询。

在远程操控方面，该大棚模型可以通过手机短信和网络来实行远程操控。

在环保方面，该大棚模型能耗低，材料使用塑料棚，铝棒，保鲜薄膜等。

三、方案设计

3.1 系统功能实现原理

系统硬件结构框图

网络模块

3.2 硬件平台选用及资源配置

硬件平台选用

主控器选用AT32UC3A0512；

AT32UC3A0512主要特性如下：

高性能，低功耗AVR32UC 32位微控制器

精简单周期RISC指令集，含DSP指令集

“读-改-写”三步操作和位元处理操作

1.49 DMIPS/MHz性能表现

在FLASH中66 MHz下，高达91 DMIPS的运行速度(1等待状态)

在FLASH中33 MHz下，高达49 DMIPS的运行速度(0等待状态)

内存保护单元

多层次总线系统

通过为提高性能而设的独立总线上，实现高性能数据传输

15个外设DMA通道，提高外设通信速度

内部高速FLASH

512K Bytes

单周期访问速度高达33 MHz

预取缓冲，优化了指令执行效率，达到最高速度

4ms页面编程时间和8ms整片擦除时间

100,000次写周期，15年数据保存能力

FLASH安全锁定和用户自定义配置区

内部高速SRAM，全速单周期访问

64K Bytes

外部存储器接口，用于AT32UC3A0扩展

兼容SDRAM/SRAM存储器总线(16位数据总线和24位地址总线)

中断控制器

自动向量低延时中断服务，带可编程优先级

系统功能

电源时钟管理，含内部RC时钟和1个32KHz晶振

两个多用途振荡器和双锁相环(PLL)，允许独立CPU频率，不受USB频率影响

看门狗定时器，实时时钟定时器

通用串行总线

Device 2.0全速，以及On-The-Go(OTG)低速和全速

通过专用的DMA通道实现灵活的端点配置和管理

片上收发器，含上拉电阻

10/100 Mbps的以太网MAC接口

802.3以太网媒体访问控制器

支持媒体独立接口(MII)和简化MII(RMII)

1个三通道16位定时/计数器(TC)

3个外部时钟输入，PWM，接收和多种计时能力

1个7通道16位脉宽调制控制器(PWM)

4个通用 同步/异步 接收/发送器(USART)

独立波特率发生器，支持SPI，IrDA和ISO7816接口

支持硬件握手操作，RS485接口和调制解调线路

2个主/从串行外设接口(SPI)，带片选信号

1个同步串行协议控制器

支持I2S协议和通用基于框架协议

1个主/从2-wire接口(TWI)，兼容400kbit/s I2C

1个8通道10位模数转换器

16位立体声比特