一种基于FPGA和无线射频RF的温室智能控制装置制造方法及图纸

一种基于FPGA和无线射频RF的温室智能控制装置，包括室外FPGA控制器、室内FPGA控制器、温室环境控制执行机构、上位机监控系统和温室环境控制柜，室外FPGA控制器连接室外环境参数检测传感器，室内FPGA控制器连接室内环境参数监控传感器；室外FPGA控制器和室内FPGA控制器分别通过RF无线射频模块连接上位机监控系统，上位机监控系统和温室环境控制柜连接，温室环境控制执行机构通过执行机构驱动电路与室内FPGA控制器、上位机监控系统和温室环境控制柜中的至少一种连接。本实用新型专利技术采用FPGA和RF无线射频技术结合，实现数据无线传输方式的温室智能控制装置，改善传统大型多栋温室环境监控设备的缺陷。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及温室环境智能控制，为一种基于FPGA和无线射频RF的温室智能控制装置。
技术介绍
现有技术中，温室环境控制装置多数采用可编程控制器PLC和单片机等控制单元，通过有线方式连接，实现温室环境参数采集与控制。大型温室要实现智能控制，需实时采集温室室内外的环境参数，所以在温室室内外合理布置各种传感器，实时采集相应环境参数，为实现智能控制提供控制依据。通过控制单元控制各种输出设备，如遮阳网、天窗等，实现对温室环境的智能控制。 在大型温室中需使用很多传感器以及外围执行机构，如果各种输入设备和输出设备，均采用有线方式连接，那么在温室室内和室外，需要使用大量的连接线，给温室环境智能控制的设备安装带来很大的不便，并且提高了温室环境监控的成本，以及设备后期维护与位置调整带来不便。传统控制单元采用PLC和单片机较多，由于其IO接口有限，已不适合现代大型多栋温室环境智能控制。
技术实现思路
本技术要解决的问题是现有温室环境控制系统接线复杂，不易维护，不能满足大型多栋温室环境智能控制。本技术的技术方案为一种基于FPGA和无线射频RF的温室智能控制装置，包括室外FPGA控制器、室内FPGA控制器、温室环境控制执行机构、上位机监控系统和温室环境控制柜，室外FPGA控制器连接温室室外环境参数检测传感器，室内FPGA控制器连接温室室内环境参数监控传感器以及温室环境控制柜；其中室外FPGA控制器和室内FPGA控制器分别通过RF无线射频模块连接上位机监控系统，上位机监控系统和温室环境控制柜之间数据连接，温室环境控制执行机构通过执行机构驱动电路与室内FPGA控制器、上位机监控系统和温室环境控制柜中的至少一种连接。所述温室室外环境参数检测传感器包括温度传感器、湿度传感器、太阳总辐射传感器、风速传感器和风向传感器，各传感器的信号经A/D模数转换器，通过有线或无线方式输出至室外FPGA控制器，各传感器检测范围分别为温度传感器O 80°C，湿度传感器O 100%，太阳总辐射传感器O 2000W/m2，风速传感器O 30m/s，风向传感器O 360°，正北向为0°。所述温室室内环境参数监控传感器包括温度传感器、湿度传感器、光照度传感器和土壤湿度传感器，所述各传感器位于温室内，通过RF无线射频模块连接室内FPGA控制器，各传感器检测范围分别为温度传感器O 80°C，湿度传感器O 100%，光照度传感器O 60000Lux, 土壤湿度传感器O 100%。室外FPGA控制器、室内FPGA控制器与上位机监控系统连接的RF无线射频模块天线增益倍数为14DB，室内FPGA控制器与温室室内环境參数监控传感器连接的RF无线射频模块天线增益倍数为 Β。所述温室环境控制执行机构包括外遮阳网开电机、外遮阳网关电机、内遮阳网开电机、内遮阳网关电机、天窗开电机、天窗关电机、滴灌设备、通风设备、增温设备和喷淋设备。本技术创造的有益效果是(I)无线数据传输方式本技术改善传统温室环境控制方式，温室环境參数数据传输采用无线方式，为大型多栋温室环境智能控制设备安装带来便利，节约温室环境监控设备成本，为设备维护与位置调整带来便利。(2)温室环境控制模式本技术温室环境控制装置具有三种控制模式智能控制模式、远程手动控制模式和现场手动控制模式；室内FPGA控制器根据实时采集的各传感器数值，调用预先编写的智能控制模式程序，自动控制调节执行机构的动作状态，从而实现温室环境自调节功能；温室管理人员可通过上位机监控系统，实现远程手动控制执行机构的动作状态；温室管理人员也可以通过温室环境控制柜手动控制执行机构。(3)上位机监控系统在上位机监控系统中，可实时显示各温室中环境參数，可分别设置各传感器信号采集频率，并将采集的各传感器数值保存到数据库中，以便后期的查询与分析使用。(4)采用FPGA控制器本技术采用FPGA控制器，具有IO接ロ丰富、运行速度快以及内部程序可并行运行等优点。本技术特别适用于大型多栋温室环境智能控制以及温室离监控室较远的场ムロ ο附图说明图I为本技术温室环境智能控制装置整体结构示意图。图2为本技术温室室外环境參数检测部分结构示意图。图3为本技术温室室内环境參数监控部分结构示意图。图4为本技术上位机监控系统结构示意图。图5为本技术温室环境控制柜面板结构示意图。具体实施方式以下结合附图，对本技术进ー步的描述，但其不代表为本技术的唯一实施方式。如图I所示，温室智能控制装置包括以下几部分温室室外环境參数检测、温室室内环境參数监控、上位机监控系统和温室环境控制拒。温室室外环境參数检测部分，由室外FPGA控制器通过温度传感器、湿度传感器、太阳总辐射传感器、风速传感器和风向传感器，采集室外环境參数，并实时更新室外FPGA控制器中的数值。由于室外环境參数分布均匀，通常各传感器仅使用ー个即可，所以各传感器可以通过有线方式直接连到FPGA控制器上，也可采用RF无线射频模块将数据传给FPGA控制器。温室室内环境參数监控部分，由室内FPGA控制器通过温度传感器、湿度传感器、光照度传感器和土壌湿度传感器，采集温室室内环境参数，并实时更新当前温室中室内FPGA控制器中的数值。由于大型温室室内部环境参数通常不是均匀分布的，为实现精准控制温室环境，所以需在温室中主要位置合理布置各种传感器，因此大型多栋温室中布置传感器数量较多，所以采用传统有线方式连接，布线复杂以及后期位置调整和设备维护带来不便。本技术中温室室内各传感器采用RF无线射频技术，将数据无线传输给室内FPGA控制器。上位机监控系统主要实现温室室内和室外的环境参数采集、显示、存储和远程手动控制温室环境控制执行机构。在上位机软件中可分别设置各传感器信号采集频率，将实时采集的环境参数现在监控界面中，并保存到数据库中。温室环境控制柜，通过室内FPGA控制器实现在温室现场手动控制温室环境控制执行机构。本技术是针对大型多栋温室环境控制，各温室中FPGA控制器与室外FPGA控制器均通过大功率天线将数据传到与监控系统连接的RF无线模块中。室外环境参数检测装置数据传输格式为=FPGA设备号/节点号/温度/湿度/太阳总辐射/风速/风向，其中 除太阳总辐射为双字节，其他参数均为单字节，共8个字节。温室室内环境参数监控装置数据传输格式为=FPGA设备号/节点号/温度/湿度/光照度/ 土壤湿度传感器/执行机构状态符，其中除光照度为双字节，其他参数均为单字节，共8字节。温室室内和室外的FPGA控制器都是通过大功率RF无线射频模块每次发送8字节数据到上位机RF无线射频接收模块中。温室室内各传感器节点采用小功率RF无线射频模块，将数据发送到当前温室中的室内FPGA控制器中。因为各节点发送数据到室内FPGA控制器时，数据中包含相应的FPGA设备号，所以各温室室内FPGA控制器能够识别接收到的数据是否为该温室中的节点，如果是该温室中节点，则更新各环境参数，否则不做处理。如图2，温室室外环境参数检测传感器主要包括温度传感器、湿度传感器、太阳总辐射传感器、风速传感器、风向传感器，室外FPGA控制器设有RF无线射频模块与上位机监控系统通讯。各传感器通过A/D转换，将模拟量转换为数字量，实时更新室外FPGA控制器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPGA和无线射频RF的温室智能控制装置，其特征是包括室外FPGA控制器、室内FPGA控制器、温室环境控制执行机构、上位机监控系统和温室环境控制柜，室外FPGA控制器连接温室室外环境参数检测传感器，室内FPGA控制器连接温室室内环境参数监控传感器以及温室环境控制柜；其中室外FPGA控制器和室内FPGA控制器分别通过RF无线射频模块连接上位机监控系统，上位机监控系统和温室环境控制柜之间数据连接，温室环境控制执行机构通过执行机构驱动电路与室内FPGA控制器、上位机监控系统和温室环境控制柜中的至少一种连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汪小旵，孙国祥，丁为民，
申请(专利权)人：南京农业大学，
类型：实用新型
国别省市：