張阿鵬　王引衛(wèi)　白軍元

摘 要：依據(jù)溫室植物生長對溫濕度、光照、CO2等環(huán)境參數(shù)變化的控制要求，本文闡述了一種以TM4C1230E6PM為核心的溫室多參數(shù)智能監(jiān)控終端設(shè)計，完成溫室環(huán)境參數(shù)的實時的分類處理、存儲、顯示、預(yù)警、歷史數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程查看分析等功能。該系統(tǒng)原理樣機已完成軟硬件的調(diào)試、測試，性能穩(wěn)定，可滿足實際應(yīng)用要求，具有良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：智能監(jiān)控；ARM；存儲；RS485總線

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.122

0 引言

目前國內(nèi)市場上成型的溫室控制器只能實現(xiàn)對單一環(huán)境因子監(jiān)測，不能滿足溫室生產(chǎn)的實際需求，為此，本文設(shè)計了一種基于TM4C1230E6PM為核心的溫室智能監(jiān)控終端，通過不同的軟件設(shè)計實現(xiàn)多傳感器數(shù)據(jù)的采集存儲、分析預(yù)警功能，大大提高了溫室管理的智能化水平。

1 溫室智能監(jiān)控終端硬件總體方案設(shè)計

如圖1所示，該終端功能模塊包括處理器模塊、存儲模塊、通訊及采集模塊、電源模塊、按鍵顯示模塊等。

處理器模塊完成各接口數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲、顯示及現(xiàn)場預(yù)警、現(xiàn)場控制等功能；存儲模塊為SPI接口的FlashRAM，完成功能軟件的存儲、運行，采集數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)的存儲；通訊及采集模塊選用了高速通用串行多節(jié)點、長距離通信的RS485總線，實現(xiàn)各類傳感器數(shù)據(jù)的采集、遠(yuǎn)程控制端通信功能；電源模塊作為二級轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)溫室提供電源的二級轉(zhuǎn)換，給各模塊提供所需電源；按鍵顯示模塊作為人機交互界面，實現(xiàn)人機交互輸入及參數(shù)設(shè)置，數(shù)據(jù)處理結(jié)果的顯示、預(yù)警、查看等。

該終端通過RS485總線查詢溫室內(nèi)溫濕度等傳感器采集的實時數(shù)據(jù)，對輸入數(shù)據(jù)進行相應(yīng)分析和處理，并實時顯示。

2 溫室智能監(jiān)控終端硬件設(shè)計

（1）微處理器。主控制模塊選用TM4C1230E6PM是基于ARM公司的Cortex-M4內(nèi)核的微處理器，主要完成各接口數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲、顯示及現(xiàn)場預(yù)警、現(xiàn)場控制等功能，是溫室智能監(jiān)控終端的核心模塊。

（2）存儲模塊。存儲模塊主要是將溫室實際測量數(shù)據(jù)及用戶現(xiàn)場改變的控制參數(shù)存入SPI Flash，其采用SPANSION公司的S25FL128P0XNFI00，容量可以滿足需求，連接處理器集成的SSI接口，配置為SPI模式。

（3）按鍵和數(shù)據(jù)顯示模塊。顯示模塊選用2.7寸OLED屏，分辨率為 128*64。顯示屏下方共設(shè)計換行、換列、關(guān)屏、設(shè)置、滾動、確定鍵。6個鍵通過6個GPIO以中斷方式向微處理器上報，微處理器接到按鍵輸入中斷后，進行判斷后通過相應(yīng)中斷服務(wù)程序，實現(xiàn)各種需求的功能。

（4）通訊及采集模塊。通訊接口需求為兩路，一路連接傳感器，一路對外通信（包含數(shù)據(jù)讀取、上位機給智能終端的命令下達、程序更新、電池電量監(jiān)控及各種可能的串口通訊功能）。設(shè)計采用處理器集成串口（總共有8路），通過收發(fā)器SP3485EN擴展出兩路RS485接口，實現(xiàn)各類傳感器數(shù)據(jù)的采集、遠(yuǎn)程控制端通信功能。

（5）電源轉(zhuǎn)換模塊。電源轉(zhuǎn)換模塊以TPS54340核心，將電池輸入轉(zhuǎn)換為微處理器和OLED屏用的穩(wěn)定的DC3.3V。另外，由于電池供電最低電壓為10V，但傳感器輸入電壓需要大于11V，所以增加一路boost電路，用于給傳感器提供穩(wěn)定的12V電壓。

3 溫室智能監(jiān)控終端軟件方案設(shè)計

軟件設(shè)計依據(jù)溫室控制要求，完成對各個傳感器的數(shù)據(jù)采集、處理、顯示及存儲等功能。

如圖2所示，智能終端加電后，完成硬件系統(tǒng)初始化，處理器脫離復(fù)位后從FlashRAM的0x00000000地址出執(zhí)行主程序，首先對各功能部件完成關(guān)鍵參數(shù)初始化設(shè)置、功能部件自檢，各傳感器數(shù)據(jù)通過中斷方式將數(shù)據(jù)實時傳送到處理器，主程序收到硬件中斷后，依據(jù)中斷向量表調(diào)用不同的中斷函數(shù)，實現(xiàn)溫室數(shù)據(jù)的采集處理、存儲及通信等功能。主程序以循環(huán)方式執(zhí)行，以確保對溫室環(huán)境數(shù)據(jù)實現(xiàn)實時監(jiān)測控制。

4 結(jié)語

本文根據(jù)溫室作物生長對環(huán)境的控制要求，設(shè)計了溫室多參數(shù)智能監(jiān)控終端，實現(xiàn)了對溫室環(huán)境因子的動態(tài)智能監(jiān)控。在實驗過程中溫室智能監(jiān)控終端運行穩(wěn)定，效果良好，具有較強的實際應(yīng)用價值。

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基金項目：本文得到西京學(xué)院2018-2019學(xué)年研究生創(chuàng)新基金項目“基于ARM的溫室多功能監(jiān)測儀的設(shè)計與開發(fā)”的資助。