農(nóng)業(yè)溫室大棚環(huán)境調(diào)控與管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

/1引言隨著限制技術(shù)、Internet和移動(dòng)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化、信息化水平不斷提高，“可控環(huán)境農(nóng)業(yè)”的探討已經(jīng)越來(lái)越為人們所重視。如何便利有效地對(duì)溫室環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)和限制，如何提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息化水平是目前可控環(huán)境農(nóng)業(yè)探討的重點(diǎn)。本章簡(jiǎn)要說(shuō)明白課題的探討背景和現(xiàn)實(shí)意義，并綜述了溫室環(huán)境監(jiān)控技術(shù)的探討現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，在此基礎(chǔ)上提出了本文的探討內(nèi)容。1.1遠(yuǎn)程溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景自20世紀(jì)80年頭以來(lái)，我國(guó)工程科技人員在汲取發(fā)達(dá)國(guó)家高科技溫室生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了溫室中溫度、濕度和二氧化碳等單項(xiàng)環(huán)境因子限制技術(shù)的探討，希望通過(guò)變更植物生長(zhǎng)的自然環(huán)境、創(chuàng)建適合植物最佳的生長(zhǎng)條件、避開(kāi)外界惡劣的氣候，達(dá)到調(diào)整產(chǎn)期、促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育、防治病蟲(chóng)害等目的。由此而引發(fā)的各種溫室測(cè)控技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用和探討也取得了長(zhǎng)足發(fā)展。發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)向高層次的自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展，形成了現(xiàn)代化水平高，比較完善的技術(shù)體系[1]。我國(guó)溫室測(cè)控技術(shù)應(yīng)用探討雖然也取得了肯定的進(jìn)展，但是和發(fā)達(dá)國(guó)家相比照舊存在較大差距。隨著世界設(shè)施農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)發(fā)展快速，溫室面積和產(chǎn)量大幅增加，對(duì)各種溫室測(cè)控技術(shù)以及和之緊密相關(guān)的通信技術(shù)的探討，已經(jīng)引起該領(lǐng)域內(nèi)的專家學(xué)者的廣泛關(guān)注。1.2國(guó)內(nèi)外溫室測(cè)控技術(shù)1.2.1國(guó)外溫室測(cè)控技術(shù)探討狀況發(fā)達(dá)國(guó)家如荷蘭、美國(guó)、英國(guó)等都大力發(fā)展集約化的溫室產(chǎn)業(yè)，溫室內(nèi)溫度、濕度、光照、CO2濃度、水、氣、養(yǎng)分液等實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)調(diào)控。荷蘭在1974年首次研制出計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)CECS。l978年日本東京高校的學(xué)者研制出微型計(jì)算機(jī)溫室綜合環(huán)境限制系統(tǒng)。目前，日本、荷蘭、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家可以依據(jù)溫室作物的特點(diǎn)和要求，對(duì)溫室內(nèi)的諸多環(huán)境因子進(jìn)行環(huán)境限制。在日本，作為設(shè)施農(nóng)業(yè)主要內(nèi)容的設(shè)施園藝相當(dāng)發(fā)達(dá)，塑料溫室和其它人工栽培設(shè)施達(dá)到普遍應(yīng)用，設(shè)施栽培面積位居世界前列。蔬菜、花卉、水果等普遍實(shí)行設(shè)施栽培生產(chǎn)。針對(duì)種苗生產(chǎn)設(shè)施的高溫、多濕等不良環(huán)境。日本有關(guān)部門進(jìn)行了如下幾種設(shè)施項(xiàng)目的探討。主要有設(shè)施內(nèi)播種裝置、苗灌水裝置、換氣扇的旋轉(zhuǎn)和遮光裝置的開(kāi)閉裝置(溫度、濕度及光照限制)、缺苗不良苗的檢測(cè)及去除和補(bǔ)栽裝置、CO2施肥裝置等方面的自動(dòng)化探討[2]。而在韓國(guó)，從l992年以來(lái)，政府就把設(shè)施園藝作為重點(diǎn)事業(yè)來(lái)推動(dòng)發(fā)展，到1992年底，設(shè)施栽培面積為5.3萬(wàn)mm2，其中帶環(huán)境限制的現(xiàn)代化設(shè)施的設(shè)置面積占10%左右[3]。由于溫室能完全限制作物生長(zhǎng)的各種條件，近年來(lái)溫室農(nóng)業(yè)在以色列得到了飛速發(fā)展。以色列溫室結(jié)構(gòu)特別先進(jìn)：它裝有幕簾、天窗及遮陽(yáng)網(wǎng)，可依據(jù)光線強(qiáng)度的不同自動(dòng)調(diào)整和移動(dòng)，并裝有空氣溫度和濕度調(diào)控等溫室計(jì)算機(jī)環(huán)境限制系統(tǒng)。以色列科學(xué)家勝利地開(kāi)發(fā)了一系列計(jì)算機(jī)軟件、硬件，實(shí)現(xiàn)了溫室中供水、施肥和環(huán)境自動(dòng)化限制。最新的彌霧氣候限制技術(shù)，使溫室降溫所需的能量特別小[4]。以色列的溫室從80年頭到90年頭更新了三代，利用計(jì)算機(jī)限制水、肥和溫室小氣候，自動(dòng)調(diào)溫、調(diào)濕、調(diào)光，而且結(jié)構(gòu)特別先進(jìn)，促進(jìn)了工廠化農(nóng)業(yè)的大發(fā)展。荷蘭園藝溫室發(fā)展較早，由于地處高緯度地區(qū)，日照短，全年平均氣溫較低，因此，集中較大力氣發(fā)展經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的鮮花和蔬菜，大規(guī)模地發(fā)展玻璃溫室和配套的工程設(shè)施，全部采納計(jì)算機(jī)限制。荷蘭的全自動(dòng)化溫室成套設(shè)備在世界市場(chǎng)上享有很高的技術(shù)聲譽(yù)，但荷蘭的溫室業(yè)是一種高能耗的產(chǎn)業(yè)，全國(guó)每年溫室消耗自然氣達(dá)42億立方米[5]。英國(guó)農(nóng)業(yè)部對(duì)溫室的設(shè)計(jì)和建立也很重視，在英國(guó)西爾索農(nóng)業(yè)工程探討院，科學(xué)家們進(jìn)行了溫室環(huán)境(溫度、濕度、光照、通風(fēng)及CO2及施肥等)和作物生理、溫室環(huán)境因子的計(jì)算機(jī)優(yōu)化、溫室節(jié)能、溫室自動(dòng)限制、溫室作物栽培和產(chǎn)后處理、無(wú)土栽培的探討。目前，英國(guó)的溫室大量采納計(jì)算機(jī)管理，主要限制溫度、濕度、通風(fēng)、CO2濃度、施肥、養(yǎng)分液供應(yīng)及pH值等。倫敦高校農(nóng)學(xué)院研制的計(jì)算機(jī)遙控技術(shù)，可以觀測(cè)50km以外溫室內(nèi)的溫度、濕度等環(huán)境狀況，并進(jìn)行遙控[6]。另外，國(guó)外溫室業(yè)正致力于高科技發(fā)展遙測(cè)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、限制局域網(wǎng)已漸漸應(yīng)用于溫室的管理和限制中，Alves-Serodio，C.M.J等在ISIE’98國(guó)際會(huì)議中提出一體化的溫室網(wǎng)絡(luò)管理體系模型，可將氣候的調(diào)整、澆灌系統(tǒng)和養(yǎng)分液的供應(yīng)系統(tǒng)作為一個(gè)整體，并可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程限制。1.2.2國(guó)內(nèi)溫室測(cè)控技術(shù)探討狀況a)集散限制系統(tǒng)(DCS)智能溫室的自動(dòng)限制系統(tǒng)一般是由限制計(jì)算機(jī)、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)部件組成的多輸入、多輸出的閉環(huán)限制系統(tǒng)。在現(xiàn)代溫室測(cè)控系統(tǒng)中，運(yùn)用最多，技術(shù)最成熟的是集散限制系統(tǒng)，總線結(jié)構(gòu)一般采納RS485.溫室群集散限制系統(tǒng)一般以PC機(jī)或工控機(jī)為上位機(jī)，單片機(jī)作為下位機(jī)組成。下位機(jī)的任務(wù)是完成現(xiàn)場(chǎng)和作物有關(guān)的環(huán)境參量及作物生理參量的信息采集、分析處理和存儲(chǔ)顯示，并通過(guò)RS485總線同上位機(jī)相連；上位機(jī)則主要實(shí)現(xiàn)環(huán)境的調(diào)控策略、集中操作管理、通信限制等功能，協(xié)調(diào)各從機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送工作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的有效管理。隨著單片機(jī)及微機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，采納微機(jī)和多臺(tái)單片機(jī)構(gòu)成小型集散限制系統(tǒng)在現(xiàn)代溫室測(cè)控領(lǐng)域的運(yùn)用特別普遍。它利用單片機(jī)價(jià)格低、功能強(qiáng)、抗干擾實(shí)力好、溫限寬和面對(duì)限制等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合微機(jī)的軟硬件支撐，是一般規(guī)模溫室測(cè)控系統(tǒng)的常用選擇方案。但是這類溫室集散限制系統(tǒng)存在著固有的缺陷：限制系統(tǒng)的物理層采納上下位機(jī)主從集散限制結(jié)構(gòu)，一旦上位機(jī)出現(xiàn)故障，將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)限制系統(tǒng)癱瘓，危急過(guò)于集中，系統(tǒng)的牢靠性和穩(wěn)定性不佳；同時(shí)該測(cè)控系統(tǒng)采納RS485總線，有效傳輸范圍不超過(guò)1200m。這將成為現(xiàn)代溫室集群化方向發(fā)展的瓶頸，系統(tǒng)的拓展性不好，布線困難，成本較高。但是作為主流的溫室測(cè)控系統(tǒng)架構(gòu)方案，集散限制系統(tǒng)采納基于RS485、RS422等總線結(jié)構(gòu)的通信方式在國(guó)內(nèi)外溫室測(cè)控領(lǐng)域仍舊占據(jù)主導(dǎo)地位。b)國(guó)內(nèi)溫室測(cè)控技術(shù)我國(guó)農(nóng)業(yè)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用起先于20世紀(jì)70年頭，20世紀(jì)80年頭中期起先應(yīng)用于溫室限制和管理領(lǐng)域。從1979至1987年接連從6個(gè)國(guó)家(荷蘭、日本、美國(guó)、意大利、羅馬尼亞、保加利亞)等引進(jìn)24套溫室，總而積19萬(wàn)平方米。這些溫室系統(tǒng)的引進(jìn)，總計(jì)投資960萬(wàn)美元，人民幣2570萬(wàn)元。每平方米面積投資80-100美元，還不包括修建鍋爐房、水塔等協(xié)助建筑的投資和國(guó)內(nèi)運(yùn)費(fèi)、關(guān)稅等開(kāi)支[7]。從國(guó)外引進(jìn)的現(xiàn)代化溫室，雖然在國(guó)外經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展和完善，技術(shù)上也比較成熟和先進(jìn)，但是在運(yùn)用中卻出現(xiàn)了一些問(wèn)題，如體積大、能耗大、濕簾降溫較差；從經(jīng)濟(jì)效益上看，因?yàn)樵O(shè)備投資大，運(yùn)行費(fèi)用高，產(chǎn)值較低，普遍虧損等，所以并末得到普及。實(shí)踐證明，假如既要符合我國(guó)自己的氣候特點(diǎn)，又可降低投資費(fèi)用，根本出路在于汲取國(guó)外溫室設(shè)施的有益閱歷和技術(shù)，建設(shè)我國(guó)自己的溫室產(chǎn)業(yè)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)符合我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平和各種氣候特點(diǎn)的溫室系列[8]。從80年頭起先，我國(guó)的農(nóng)業(yè)工程科技人員在汲取發(fā)達(dá)國(guó)家高科技溫室生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了溫室中溫度、濕度和CO2等單項(xiàng)環(huán)境因子限制技術(shù)的探討，并逐步推出相宜我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平又能滿意不同生態(tài)氣候條件須要的溫室產(chǎn)品。20世紀(jì)90年頭初期，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)氣象探討所和蔬菜花卉探討所，研制開(kāi)發(fā)了溫室限制和管理系統(tǒng)，并采納VisualBasic開(kāi)發(fā)了基于windows操作系統(tǒng)的限制軟件。90年頭中后期，江蘇理工高校毛罕同等研制開(kāi)發(fā)了溫室軟硬件限制系統(tǒng)，能對(duì)養(yǎng)分液系統(tǒng)、溫度、光照、CO2，施肥等進(jìn)行綜合限制，是目前國(guó)產(chǎn)化溫室計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)較為典型的探討成果。在此期間，中國(guó)科學(xué)院石家莊現(xiàn)代化探討所、中國(guó)農(nóng)業(yè)高校，中國(guó)科學(xué)院上海植物生理探討所等單位也都側(cè)重不同領(lǐng)域，探討溫室設(shè)施計(jì)算機(jī)限制和管理技術(shù)，“九五”期間，國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金委，均首次增設(shè)了工廠化農(nóng)業(yè)(設(shè)施農(nóng)業(yè))探討項(xiàng)目，并且在項(xiàng)目中加大了計(jì)一算機(jī)應(yīng)用探討的力度。90年頭末河北職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院的目忠文研制了蔬菜大棚溫濕度測(cè)量系統(tǒng)，能對(duì)大棚內(nèi)的溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量和限制。吉林工業(yè)高校于海業(yè)、馬成林等人(1999)研制的溫室環(huán)境(溫度、濕度)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)是以一臺(tái)IBM/PC及其兼容機(jī)作為主控機(jī)，模/數(shù)轉(zhuǎn)換采納插入式數(shù)據(jù)采集板卡來(lái)實(shí)現(xiàn)的。還有很多高等院校、科研所都在進(jìn)行溫室限制系統(tǒng)的相關(guān)探討，并且很多單位都己建起或?qū)⒁ㄆ饻厥蚁拗葡到y(tǒng)的總體框架，并形成了一些限制理論，如王宇欣的《高寒地區(qū)充氣膜溫室局部環(huán)境調(diào)控分析》等[9]?？梢钥闯鑫覈?guó)溫室設(shè)施計(jì)算機(jī)應(yīng)用和探討，在總體上正從消化汲取、簡(jiǎn)潔應(yīng)用階段向好用化、綜合性應(yīng)用階段過(guò)渡和發(fā)展。這些無(wú)疑對(duì)我國(guó)的溫室發(fā)展起了主動(dòng)的作用，但是和國(guó)外先進(jìn)水平相比仍有肯定的差距。2系統(tǒng)組成2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)目前國(guó)內(nèi)外探討開(kāi)發(fā)的溫室限制系統(tǒng)，大致可分為以下三種：1)單獨(dú)式多單元溫室系統(tǒng)。這種限制系統(tǒng)主要利用特地的溫室氣候限制計(jì)算機(jī)來(lái)檢測(cè)多個(gè)傳感器的輸入信號(hào)及輸出限制信號(hào)，這種限制計(jì)算機(jī)的外形和PC機(jī)相像，全部的傳感器和繼電器由電纜和它干脆相連，通過(guò)顯示屏以畫面的形式生動(dòng)地顯示溫室運(yùn)行情衫之，并可以存儲(chǔ)、打印、統(tǒng)計(jì)分析、曲線說(shuō)明等。但這種限制系統(tǒng)的價(jià)格比較昂貴。2)單片機(jī)限制一個(gè)溫室單元系統(tǒng)。這是隨單片機(jī)的發(fā)展而出現(xiàn)的，現(xiàn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外很多溫室中。它充分利用了單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸便利快捷、接口通道配置敏捷、性能穩(wěn)定牢靠、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。但這種限制結(jié)構(gòu)由于單片機(jī)存儲(chǔ)容量小，不能保存大盤的數(shù)據(jù)，不利于分析，且人力消耗大。3)分布式多單元系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要針對(duì)由多個(gè)溫室構(gòu)成的溫室群地區(qū)而提出的，它將PC機(jī)和前面兩種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)融為一體，每個(gè)溫室由前沿機(jī)(氣候限制計(jì)算機(jī)或單片機(jī)限制系統(tǒng))進(jìn)行分散限制。主控室中的PC機(jī)對(duì)溫室群集中管理。這種系統(tǒng)在提高工作效率、平安、舒適性方面有著不行比擬的優(yōu)越性，是現(xiàn)代溫室監(jiān)控系統(tǒng)的典型模式。單片機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、物美價(jià)廉、設(shè)計(jì)和運(yùn)用便利、抗干擾性及適應(yīng)環(huán)境的實(shí)力強(qiáng)。因而常被用作自動(dòng)化系統(tǒng)的前端處理器(下位機(jī))，深化到現(xiàn)場(chǎng)，采集各種數(shù)據(jù)及信息，進(jìn)行簡(jiǎn)潔的處理后送至上位機(jī)。同時(shí)它也是一種限制器，接收上位機(jī)下達(dá)的吩咐，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)行有關(guān)的限制。微機(jī)功能強(qiáng)大、人機(jī)界面友好，能處理很困難的問(wèn)題。在自動(dòng)化系統(tǒng)中，通常用作中心處理器(上位機(jī))，接收來(lái)自下位機(jī)的信息和數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后在微機(jī)界面上顯示，并向下位機(jī)下達(dá)吩咐，通過(guò)下位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施限制[10]。本課題兼顧單片機(jī)和微機(jī)的特點(diǎn)，采納分布式監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。主控計(jì)算機(jī)（上位機(jī)）主控計(jì)算機(jī)（上位機(jī)）串行通信接口數(shù)據(jù)采集/限制器2數(shù)據(jù)采集/限制器3數(shù)據(jù)采集/限制器1光照傳感器濕度傳感器溫度傳感器光控驅(qū)動(dòng)器濕控驅(qū)動(dòng)器溫控驅(qū)動(dòng)器圖2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖本系統(tǒng)由很多分布在各溫室中的限制器(下位機(jī))和主控計(jì)算機(jī)(上位機(jī))組成，每個(gè)限制器連接到主控計(jì)算機(jī)上，處理各種傳感器所采集的數(shù)據(jù)并對(duì)限制驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行實(shí)時(shí)限制：主控計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、顯示限制器傳送來(lái)的數(shù)據(jù)，并可以向每個(gè)限制器發(fā)送限制設(shè)定值和其它限制參數(shù)，對(duì)溫室進(jìn)行監(jiān)測(cè)和限制。該模式不僅適用于溫室群的集中管理，而且能夠依據(jù)用戶須要通過(guò)便利、敏捷的系統(tǒng)配置及功能重組，實(shí)現(xiàn)多個(gè)溫室的限制管理。由于溫室下位機(jī)具有異步串行通信接口，通過(guò)設(shè)計(jì)TTL/RS485電平轉(zhuǎn)換電路，就可以和上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)。從上位機(jī)串口出來(lái)的RS-232信號(hào)，通過(guò)RS232/RS485轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成RS485信號(hào)，經(jīng)RS-485通信線和各下位機(jī)連接，就可實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和各下位機(jī)的聯(lián)網(wǎng)，而且由于RS485的通信距離可以達(dá)到1200米，本系統(tǒng)可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離的通信。通信線路如圖2.2所示。上位機(jī)下位機(jī)上位機(jī)下位機(jī)下位機(jī)下位機(jī)轉(zhuǎn)換器RS232口RS232/RS485RS485總線圖2.2系統(tǒng)通信線路圖各下位機(jī)在通信接口上采納具有“平衡差動(dòng)式”傳輸特性的RS-485串行接口，其抗干擾性好，可進(jìn)行千米左右的遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸。裝在上位機(jī)主板ISA插座上的RS232/RS485轉(zhuǎn)換器，主要完成上位機(jī)和下位機(jī)之間數(shù)據(jù)信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換工作以及增加上位機(jī)串口的帶負(fù)載實(shí)力。該網(wǎng)絡(luò)采納的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型結(jié)構(gòu)。信息傳輸?shù)睦慰啃愿?，不存在信息堵塞?wèn)題，可通過(guò)對(duì)總線限制和通信約定來(lái)保證在任一時(shí)刻總線上同時(shí)只能有一對(duì)點(diǎn)通信：由主機(jī)安排總線的運(yùn)用權(quán)，各從機(jī)共享串行總線，從機(jī)之間不能干脆進(jìn)行通信。上位機(jī)和下位機(jī)之間的通信采納定時(shí)查詢方式，每臺(tái)下位機(jī)對(duì)應(yīng)各自的機(jī)器號(hào)，上位機(jī)依次呼叫各下位機(jī)，下位機(jī)檢查到上位機(jī)發(fā)送的地址幀和自己的號(hào)碼相符時(shí)，就發(fā)出應(yīng)答信號(hào)，實(shí)現(xiàn)二者之間的通信。這時(shí)，即使其它下位機(jī)上報(bào)數(shù)據(jù)已打算就緒，也不能和上位機(jī)通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。這樣，就避開(kāi)了上、下位機(jī)通信的沖突，保證了通信的牢靠性。2.2系統(tǒng)總體功能整個(gè)系統(tǒng)由上位機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度和管理，每個(gè)溫室的數(shù)據(jù)采集和環(huán)境限制由各自的下位機(jī)來(lái)完成。在運(yùn)行狀態(tài)下，上位機(jī)實(shí)時(shí)接收下位機(jī)采集來(lái)的數(shù)據(jù)，并將歷史數(shù)據(jù)保存到相應(yīng)的數(shù)據(jù)文件中，在計(jì)算機(jī)的屏幕上，可通過(guò)畫面的切換來(lái)顯示各溫室實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)每次接到數(shù)據(jù)后，就對(duì)屏幕進(jìn)行刷新，從而使溫室管理人員對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況一目了然。系統(tǒng)的軟件由上位機(jī)和下位機(jī)軟件組成。2.2.1上位機(jī)軟件功能：a)采集和發(fā)送數(shù)據(jù)：上位機(jī)通過(guò)通信系統(tǒng)接收各下位機(jī)從各溫室現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)，而一些須要發(fā)送到下位機(jī)的數(shù)據(jù)(如參考參數(shù)等)又通過(guò)通信系統(tǒng)傳給下位機(jī)，使整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)能高效、精確、剛好地傳輸數(shù)據(jù)。b)實(shí)時(shí)畫面監(jiān)測(cè)：系統(tǒng)通過(guò)在計(jì)算機(jī)屏幕上以數(shù)據(jù)表格顯示和實(shí)時(shí)曲線的協(xié)作運(yùn)用，能從整體和細(xì)微環(huán)節(jié)兩個(gè)方面對(duì)全部溫室的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，下位機(jī)傳送的數(shù)據(jù)隨時(shí)刷新顯示器上的內(nèi)容，使模擬顯示具有實(shí)時(shí)性。c)實(shí)時(shí)報(bào)警：系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可依據(jù)各下位機(jī)傳送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、診斷，對(duì)一些重要的環(huán)境參數(shù)，可進(jìn)行實(shí)際值和參考值的對(duì)比，如越界就產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，并針對(duì)具體狀況供應(yīng)具體解決方法。d)信息存儲(chǔ)查詢：系統(tǒng)在實(shí)時(shí)檢測(cè)各溫室的運(yùn)行狀況的同時(shí)，還對(duì)信息(主要指歷史數(shù)據(jù))進(jìn)行存儲(chǔ)和輸出。各項(xiàng)數(shù)據(jù)既可依據(jù)須要存儲(chǔ)在上位機(jī)系統(tǒng)中，又可統(tǒng)計(jì)生成各種報(bào)表，便利查詢。e)上位機(jī)遙控下位機(jī)：系統(tǒng)可由客戶依據(jù)須要將作物生長(zhǎng)相宜的環(huán)境參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，須要時(shí)將依據(jù)專家系統(tǒng)的看法傳至下位機(jī)調(diào)控設(shè)備來(lái)變更作物的生育環(huán)境，其中包括作物生長(zhǎng)須要的幾項(xiàng)主要的環(huán)境因素：溫度、濕度、光照等。2.2.2下位機(jī)功能：下位機(jī)主要負(fù)責(zé)各溫室現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和環(huán)境設(shè)備的限制，采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在下位機(jī)單片機(jī)限制的裝置面板上，若須要限制相關(guān)的設(shè)備，如通信口有通信要求，則和上位機(jī)進(jìn)行通信。a)監(jiān)控溫室環(huán)境：各下位機(jī)監(jiān)視溫室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的變更和現(xiàn)場(chǎng)各種設(shè)備的工作狀況，并實(shí)時(shí)地把采集到的數(shù)據(jù)顯示在限制面板上，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，依據(jù)設(shè)定的要求通過(guò)限制子程序限制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)。b)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)打印：溫室現(xiàn)場(chǎng)采集到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)可由下位機(jī)的打印設(shè)備實(shí)時(shí)打印出來(lái)，以便作為歷史數(shù)據(jù)保存起來(lái)。c)傳送和接收數(shù)據(jù)：下位機(jī)把溫室現(xiàn)場(chǎng)待機(jī)的數(shù)據(jù)依據(jù)上位機(jī)的須要，通過(guò)通信線路傳送給上位機(jī)，下位機(jī)也可接收上位機(jī)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)或吩咐。3下位機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)（硬件）3.1限制中心的設(shè)計(jì)3.1.1單片機(jī)的選型電子技術(shù)、微電子技術(shù)特殊是大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展和成熟，使得計(jì)算機(jī)不斷的更新?lián)Q代，尤其是微型計(jì)算機(jī)，其發(fā)展速度之迅猛，應(yīng)用范圍之廣泛是以往任何技術(shù)都無(wú)法比擬的。而作為微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)獨(dú)特分支的單片機(jī)技術(shù)，使得很多領(lǐng)域的技術(shù)水平和自動(dòng)化程度大大提高，可以說(shuō)當(dāng)今世界正在經(jīng)受一場(chǎng)以單片機(jī)技術(shù)為標(biāo)記的新技術(shù)革命浪潮的沖擊。單片機(jī)一經(jīng)出現(xiàn)，便以其小巧價(jià)廉，功能強(qiáng)，穩(wěn)定牢靠，集成度高，運(yùn)算速度快，功耗低，擴(kuò)展簡(jiǎn)潔，抗干擾實(shí)力強(qiáng)，系列齊全:運(yùn)用便利敏捷等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程限制、自動(dòng)監(jiān)測(cè)、智能儀器儀表、家用電器等領(lǐng)域，這使得單片機(jī)成為當(dāng)今世界上銷售量最大、應(yīng)用面最廣、價(jià)格最便宜的微型計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，單片機(jī)技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用水平已成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)記之一。為了適應(yīng)各種應(yīng)用領(lǐng)域的須要，世界各國(guó)都在不斷地進(jìn)行研制和開(kāi)發(fā)。目前世界上最具實(shí)力的單片機(jī)開(kāi)發(fā)公司有:美國(guó)的Intel,ATMEL,荷蘭的Philips，德國(guó)的Siemens等。其中Intel公司開(kāi)發(fā)的MCS-51高性能8位機(jī)代表著單片機(jī)的發(fā)展方向，成為單片機(jī)領(lǐng)域中的主流產(chǎn)品，其他公司則紛紛推出了和MCS-51系列兼容的單片機(jī)，ATMEL公司的89系列Flash單片機(jī)便是其中的一種。其以Intel80C51/52作為內(nèi)核，并采納可重復(fù)編程的FlashROM技術(shù)，是一種源于8051而又優(yōu)于8051的單片機(jī)，己成為廣闊MCS-51用戶進(jìn)行電子設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的優(yōu)選單片機(jī)品種。依據(jù)系統(tǒng)的功能和要求，設(shè)計(jì)選用ATMEL公司89系列標(biāo)準(zhǔn)型單片機(jī)AT89C51作為限制中心。3.1.2AT89C51單片機(jī)概述a)AT89C51單片機(jī)的性能特點(diǎn)AT89C51是一種低功耗、低電壓、高性能的8位單片機(jī)，片內(nèi)帶有一個(gè)4KBFlashEPROM，它采納了CMOS工藝和ATMEL公司的NURAM技術(shù)，且引腳和指令系統(tǒng)都和MCS-51產(chǎn)品兼容，最大特點(diǎn)就是其閃速其主要性能如下:存儲(chǔ)器優(yōu)越的在線可重復(fù)編程性能。其主要性能如下：4KB可改編程序Flash存儲(chǔ)器，可經(jīng)受1,000次的寫入/擦除周期；全靜態(tài)工作:OHZ～24MHZ；三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密；128B(8位)內(nèi)部RAM；32條可編程I/0口線；2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；5個(gè)中斷源；可編程串行通道；片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器；低功耗的閑置及掉電愛(ài)護(hù)模式。P1口串行口P1口串行口定時(shí)/計(jì)數(shù)器P3口中斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAMP2口P0口程序存儲(chǔ)器特殊功能寄存器（SFR）運(yùn)算部件限制部件B微處理器VccVssXTAL1XTAL28888圖3.1AT89C51型單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)b)引腳配置AT89C51單片機(jī)有40個(gè)引腳，為CMOS工藝雙列直插封裝(DIP)其引腳配置見(jiàn)圖3.2。(1)主電源引腳VCC接十5V電源正端GND接+5V電源地端(2)時(shí)鐘震蕩電路引腳XTAL1和XTAL2(3)限制或和其它電源復(fù)用引腳RST、ALE/PROG、和/VP89C51圖3.2AT89C51單片機(jī)的引腳配置RST為復(fù)位輸入端；ALE為地址鎖存允許信號(hào)，為Flash存儲(chǔ)器編程脈沖輸入端；為外部程序存儲(chǔ)的讀選通信號(hào)；89C51圖3.2AT89C51單片機(jī)的引腳配置PO口(P0.0-P0.7)是三態(tài)雙向口，通稱數(shù)據(jù)總線。P1口(P1.0-P1.7)是準(zhǔn)雙向口，特地供用戶運(yùn)用的I/O口。P2口(P2.O-P2.7)也是準(zhǔn)雙向口。P3口(P3.O-P3.7)是雙功能口，第一功能是一般I/O口，其次功能定義具體見(jiàn)表3.1所示。表3.1P3口各引腳兼用功能表引角引角其次功能引角其次功能P3.0P3.1P3.2P3.3RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）（外部中斷0）（外部中斷1）P3.4P3.5P3.6P3.7T0（定時(shí)器0的外部輸入）T1（定時(shí)器1的外部輸入）（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）c)存儲(chǔ)器的配置AT89系列單片機(jī)的存儲(chǔ)器采納的是哈佛結(jié)構(gòu)即程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)編址的，它們有各自的尋址系統(tǒng)、限制信號(hào)和特定功能。程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在物理和邏輯上均分為兩個(gè)地址空間:內(nèi)部存儲(chǔ)空間和外部存儲(chǔ)空間。這里系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量不太大，程序也不太長(zhǎng)，AT89C51片內(nèi)的4KBROM閃速存儲(chǔ)器和128B的RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器即可滿意要求，無(wú)需擴(kuò)展片外RAM和ROM,CPU只需訪問(wèn)內(nèi)部RAM和ROM，故在硬件電路設(shè)計(jì)上將和引腳連在一起接VCC，由一上拉電阻將其拉高。AT89內(nèi)部存儲(chǔ)器地址空間安排為:片內(nèi)4KB程序Flash存儲(chǔ)空間(0000H～0FFFFH)；片內(nèi)128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間(00H～7FH)；特殊功能寄存器空間(80H～FFH)；位尋址空間(OOH～FFH)。3.1.3時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有個(gè)振蕩器，可以用作CPU的時(shí)鐘源。這里系統(tǒng)時(shí)鐘選用內(nèi)部方式，因?yàn)檫@種方式結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉、牢靠性高。AT89C51內(nèi)部含有一個(gè)高增益的反相放大器，通過(guò)XTAL1(輸入端)、XTAL2(輸出端)外接作為反饋元件的片外石英晶體(或陶瓷諧振器)和電容Cl,C2組成的并聯(lián)諧振電路后便構(gòu)成片內(nèi)自激振蕩器，從而利用它內(nèi)部的振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘。連接方法見(jiàn)圖3.3所示，其中晶體呈感性，其確定著振蕩器的振蕩頻率;電容Cl,C2對(duì)頻率有微調(diào)作用。電路中反饋元件選用石英晶體，電容CI和C2均為30PF，電容的安裝位置應(yīng)盡量靠近單片機(jī)。圖3.3時(shí)鐘電路連接圖3.1.4復(fù)位電路設(shè)計(jì)MCS-51系列單片機(jī)在上電時(shí)須要對(duì)內(nèi)部寄存器以及I/O口的進(jìn)行復(fù)位，這樣才能保證運(yùn)行的牢靠性。本設(shè)計(jì)采納的復(fù)位電如圖3.4所示，其由三部分組成，1、上電自動(dòng)復(fù)位電路；2、手動(dòng)復(fù)位電路；3、外部看門狗電路。上電自動(dòng)復(fù)位電路上電時(shí)將單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，程序從起先運(yùn)行。手動(dòng)復(fù)位電路是系統(tǒng)調(diào)試時(shí)或者出現(xiàn)異樣，須要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位時(shí)運(yùn)用的，只需按一下鍵就可以將系統(tǒng)復(fù)位。看門狗電路是MAXIM公司的微處理器監(jiān)控芯片MAX706及其外圍元件構(gòu)成的，待系統(tǒng)出現(xiàn)死機(jī)或者程序跑飛時(shí)，單片機(jī)給WDI端的脈沖消逝，MAX706的RESET端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)將單片機(jī)復(fù)位，從而使系統(tǒng)完成復(fù)位功能。圖3.4復(fù)位電路3.2數(shù)據(jù)采集處理電路的設(shè)計(jì)3.2.1傳感器的選型傳感器是測(cè)控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件?？焖佟⒕_地測(cè)定溫室環(huán)境信息，對(duì)于探明作物生長(zhǎng)環(huán)境此時(shí)是否為最佳狀態(tài)，以便適時(shí)做出排風(fēng)、排水和空氣濕度調(diào)整等措施具有重要意義。a)傳感器的選擇及性能指標(biāo)系統(tǒng)采納了溫度，濕度，光照度，地表水勢(shì)、地表濕度四種傳感器，為系列化產(chǎn)品，均設(shè)計(jì)有液晶顯示窗口和RS-232數(shù)據(jù)接口。其運(yùn)用環(huán)境為:-10℃～+70℃；0～100%RH；電源供電為:8～24VDC，<20MA；數(shù)據(jù)傳輸參數(shù):9600波特；8位數(shù)據(jù)位；1位停止位，最大傳輸距離:1200米。各傳感器的性能指標(biāo)如表3.2所示。型號(hào)型號(hào)類型性能指標(biāo)TM101THM101PR-101空氣溫度采集模塊空氣溫濕度采集模塊光量子采集模塊溫度測(cè)量范圍：-9.9～+70溫度測(cè)量精度：溫度測(cè)量范圍：-9.9～+70溫度測(cè)量精度：濕度測(cè)量范圍：0～100%RH濕度測(cè)量精度：測(cè)量范圍：0～2000uom1/s/m2測(cè)量精度：%表3.2傳感器性能指標(biāo)b)傳感器的工作原理下面以THM101溫度傳感器為例介紹其基本的電路結(jié)構(gòu)和工作原理，如圖3.5所示。溫度傳感器溫度傳感器濕度傳感器AD變換器LED顯示MCURS2接口電源電路供電及信號(hào)電纜圖3.5THM101溫度采集模塊的電路結(jié)構(gòu)如圖系統(tǒng)工作時(shí)，溫度傳感器干脆將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，由MCU讀出。濕度傳感器輸出的電壓信號(hào)經(jīng)AD變換器變換成數(shù)字信號(hào)后經(jīng)MCU讀出。在整個(gè)工作過(guò)程中MCU不斷采集溫度和濕度數(shù)據(jù)并經(jīng)由LED顯示器交替顯示出當(dāng)前的溫、濕度數(shù)值。其他只能傳感器模塊的工作原理類似。c)傳感器的通信吩咐和數(shù)據(jù)格式以THM101溫濕度采集模塊為例介紹傳感器的通信吩咐和數(shù)據(jù)格式。THM101溫濕度采集模塊的通信方式采納“呼叫一應(yīng)答”方式。在工作中，模塊的MCU限制RS-232接口電路平常處于接收狀態(tài)，一旦接收到總線傳來(lái)的呼叫吩咐后，馬上對(duì)呼叫吩咐進(jìn)行吩咐及地址的解析，并將地址和存貯在EEPROM中的本站地址相比較，假如地址和本站相符，則馬上依據(jù)呼叫指令將本站的溫度或濕度數(shù)據(jù)送出作為應(yīng)答。3.2.2模數(shù)轉(zhuǎn)換器a)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選型在以單片機(jī)為核心的實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)中，被測(cè)量對(duì)象的有關(guān)參量是一些連續(xù)變更的模擬量如溫度、壓力、流量、速度等物理量，而單片機(jī)只接受數(shù)字量，所以這些模擬量必需轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后才能輸入到單片機(jī)進(jìn)行處理。若輸入的是非電量模擬信號(hào)，還需通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并加以放大。模數(shù)轉(zhuǎn)換器便是實(shí)現(xiàn)模擬量變換成數(shù)字量的設(shè)備，因此模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)便成為數(shù)字測(cè)控系統(tǒng)中特別重要的一項(xiàng)技術(shù)。模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片種類很多如:計(jì)數(shù)比較型、逐次靠近型、雙積分型、并行式、改進(jìn)式等，而在選擇轉(zhuǎn)換器時(shí)應(yīng)主要從速度、精度和價(jià)格上綜合考慮。經(jīng)分析比較，以逐次靠近式A/D轉(zhuǎn)換器的性價(jià)比為最宜。其在轉(zhuǎn)換速度和精度上都比較適中，轉(zhuǎn)換時(shí)間一般在us級(jí)，轉(zhuǎn)換精度一般在0.1%上下，只是抗干擾實(shí)力較弱，適用于一般場(chǎng)合。但因逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器具有接口簡(jiǎn)潔、清楚、軟件配置簡(jiǎn)潔等優(yōu)點(diǎn)且價(jià)格適中，被廣泛應(yīng)用于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中。國(guó)內(nèi)運(yùn)用較多的有ADC0808/0809,ADC0801-ADC0805及AD0816/0817和AD574等。這里選擇應(yīng)用廣泛的逐次靠近式ADC0809芯片。ADC0809管腳配置如圖3.6所示。圖3.6ADC0809管腳配置b)ADC0809引腳配置及其接口電路設(shè)計(jì)ADC0809芯片屬ADC0808系列多通道8位CMOS模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其芯片內(nèi)置有多路模擬開(kāi)關(guān)以及通道地址譯碼和鎖存電路，因此能夠?qū)Χ嗦纺M信號(hào)進(jìn)行分時(shí)采集和轉(zhuǎn)換。ADC0809是8位逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換芯片，28引腳，雙列直插封裝，具有地址鎖存限制的8路模擬開(kāi)關(guān)，應(yīng)用單一+5V電源，其模擬輸入電壓范圍為0～十5V，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換數(shù)字量為OOH-FFH，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us,無(wú)須調(diào)零或調(diào)整滿量程。因此能夠?qū)崿F(xiàn)8路模擬信號(hào)的分時(shí)采集和轉(zhuǎn)換(每個(gè)瞬間只能轉(zhuǎn)換一路)，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送入三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器。A/D轉(zhuǎn)換原理及過(guò)程:ADC0809最多允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由A,B,C編碼選擇通道號(hào)通過(guò)最高位(DN-1，)至最低位Do的逐次檢測(cè)來(lái)靠近被轉(zhuǎn)換的輸入電壓。A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程主要包括采樣量化及編碼。采樣是使模擬信號(hào)在時(shí)間上離散化，量化及編碼是把采樣后的值按比例變換成相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)碼口如8位A/D轉(zhuǎn)換器所采集到的0-5V電壓轉(zhuǎn)換成為OOH-FFH相對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。通過(guò)數(shù)字量的運(yùn)算比較的結(jié)果實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量的測(cè)量及限制。3.3人機(jī)對(duì)話接口電路設(shè)計(jì)3.3.1LED顯示接口電路的設(shè)計(jì)在微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)中，通常要進(jìn)行信息顯示，包括單個(gè)狀態(tài)的顯示和信息數(shù)據(jù)的顯示等。其中常用的顯示器有:LED發(fā)光二極管顯示器也稱發(fā)光數(shù)碼管(其有單個(gè)七段式和點(diǎn)陣式等幾個(gè)類型)、LCD液晶顯示器和CRT圖形顯示器等。經(jīng)比較，并考慮系統(tǒng)的功能要求，這里選用簡(jiǎn)潔常用的LED七段式數(shù)碼顯示器，數(shù)碼管形態(tài)見(jiàn)圖3.7所示。其外部有10個(gè)引腳，其中3,8引腳為公共端也稱位選端其余引腳為段選端。因?yàn)長(zhǎng)ED顯示器具有工作電壓低，體積小，功耗小，工作溫度范圍寬(-30～+85℃),壽命長(zhǎng)圖3.7LED引腳圖(約十萬(wàn)小時(shí))，成本低廉，機(jī)械強(qiáng)度高，亮度中等，配置敏捷易于和TTL數(shù)字邏輯電路連接，和單片機(jī)接口容易便利，引腳可以干脆相連，響應(yīng)速度快(小于lus),顏色豐富等特點(diǎn)，是智能化儀器最常用的顯示器，可進(jìn)行信號(hào)指示和信息數(shù)據(jù)的輸出顯示。從LED顯示器的顯示原理可知，為了顯示字母、數(shù)字，必需將要顯示數(shù)字的BCD碼最終轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的段選碼，這種轉(zhuǎn)換可以通過(guò)硬件譯碼器或軟件進(jìn)行譯碼。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)掃描顯示采納單片機(jī)運(yùn)用廣泛的軟件譯碼顯示接口。因?yàn)檐浖g碼其譯碼邏輯可隨意編程設(shè)定，不受硬件譯碼邏輯的限制。單片機(jī)的輸出是通過(guò)查表軟件得到的段選碼，能顯示更多的字符，且接口簡(jiǎn)潔，無(wú)需譯碼器，只需鎖存器和驅(qū)動(dòng)器。3.3.2鍵盤鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中是一個(gè)很關(guān)鍵的部件，是一個(gè)人工干預(yù)系統(tǒng)的主要手段。鍵盤實(shí)質(zhì)上是一組按鍵開(kāi)關(guān)的集合。通常，按鍵所用開(kāi)關(guān)為機(jī)械彈性開(kāi)關(guān)，均利用了機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷作用。一個(gè)電壓信號(hào)通過(guò)機(jī)械觸點(diǎn)的斷開(kāi)、閉合過(guò)程。由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)立刻穩(wěn)定的接通，在斷開(kāi)時(shí)也不會(huì)一下子斷開(kāi)。因而在閉合及斷開(kāi)的瞬間均伴隨有一連串的抖動(dòng)，抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性確定，一般為5～10ms，這是一個(gè)很重要的時(shí)間參數(shù)，在很多場(chǎng)合都要用到。按鍵的穩(wěn)定閉合期長(zhǎng)短則是由操作人員的按鍵動(dòng)作確定的，一般為特別之幾秒到幾秒的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間參數(shù)可作為一般的參考。3.4信號(hào)調(diào)理電路電壓調(diào)理電路由高精度，高增益的運(yùn)算放大器組成，本設(shè)計(jì)是將運(yùn)算放大器組成兩級(jí)反相比例運(yùn)算電路，不但增益高，而且還起到了隔離的作用可以有效的起到電壓轉(zhuǎn)換作用，將傳感器輸出的微弱的電壓、電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為A/D所需的電壓信號(hào)。信號(hào)條理電路如圖3.8所示。圖3.8反向比例電路4現(xiàn)場(chǎng)調(diào)控設(shè)施的電氣限制電路設(shè)計(jì)4.1電氣限制電路4.1.1電氣限制電路的設(shè)計(jì)溫室現(xiàn)場(chǎng)調(diào)控設(shè)施主要有：水泵、排風(fēng)扇、遮蔭簾和側(cè)窗等。其中遮蔭簾、側(cè)窗的電氣限制需考慮電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)。主電路如圖4.1所示，限制電路如圖4.2所示：遮蔭簾排風(fēng)扇水泵側(cè)窗圖4.1主電路設(shè)計(jì)圖4.2限制電路設(shè)計(jì)圖4.1.2工作原理在圖4.1所示電氣線路的主電路中，可以分成M1、M2、M3、M4四個(gè)部分，其限制回路也可相應(yīng)地分解成四個(gè)基本環(huán)節(jié)。這四個(gè)基本環(huán)節(jié)分別限制電動(dòng)機(jī)M1、M2、M3、M4。下面以遮蔭簾M1為例描述說(shuō)明，其限制過(guò)程如下：合上刀閘開(kāi)關(guān)QS，按啟動(dòng)按鈕SB2,接觸器KM1吸引線圈得電，其主觸點(diǎn)KM1閉合，遮蔭簾電機(jī)M1正轉(zhuǎn)。由于接觸器KM1的協(xié)助觸點(diǎn)并接于啟動(dòng)按鈕SB2上，因此當(dāng)松手?jǐn)嚅_(kāi)啟動(dòng)按鈕后，吸引線圈KM1通過(guò)協(xié)助觸點(diǎn)可以接著保持通電維持其吸引狀態(tài)。同理，按下按鈕SB3，由于三相電源中變更了兩相的極性，所以電機(jī)停止正轉(zhuǎn)，起先反轉(zhuǎn)。按下停止按鈕SB1，接觸器的吸引線圈失電，其主觸點(diǎn)斷開(kāi)，遮蔭簾電機(jī)M1失電停轉(zhuǎn)。4.2主要元件的選型4.2.1熱繼電器a)熱繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理它是用于過(guò)載愛(ài)護(hù)（不能做短路愛(ài)護(hù)）的繼電器。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4.3所示。當(dāng)電流流過(guò)發(fā)熱元件1時(shí)，其旁邊的膨脹元件2升溫。元件2是由兩個(gè)膨脹系數(shù)不同的金屬片焊合而成，下面的金屬片具有較大的膨脹系數(shù)，它的一端是固定的，另一端在電路正常工作時(shí)頂住L型桿3。當(dāng)限制電路內(nèi)的觸點(diǎn)7保持閉合時(shí)，限制電路內(nèi)有電流，通過(guò)線圈5將鐵芯吸進(jìn)，從而保持負(fù)載電路內(nèi)的觸頭6閉合。圖4.3繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)假如負(fù)載電路內(nèi)電流超過(guò)預(yù)定的數(shù)值，膨脹元件2溫升很高。因?yàn)橄旅娴慕饘倨蛎浵禂?shù)大，故向上彎曲（如圖中虛線所示）。則L型桿3在彈簧4的拉力下向左偏轉(zhuǎn)，限制電路的觸點(diǎn)7斷開(kāi)，線圈5內(nèi)的電流消逝，鐵芯在彈簧8的作用下向右拉回，于是負(fù)載電路斷開(kāi)。按鈕9是用來(lái)把L型桿3復(fù)原到閉合位置的。b)計(jì)算公式I熱=（0.95~1.05）IN注：IN—電動(dòng)機(jī)的額定電流4.2.2接觸器a)主要用途：CJ20系列溝通接觸器為溝通50Hz或60Hz，額定絕緣電壓為690-1000V，在AC-2運(yùn)用類別下額定工作電壓為220V時(shí)的額定工作電流為5A-300A，主要供遠(yuǎn)距離接通及分?jǐn)嚯娐分?，適用于限制溝通電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停止及反轉(zhuǎn)。符合IEC947，VDE0660，GB14048等標(biāo)準(zhǔn)。b)主要特點(diǎn)：平安性能好，導(dǎo)電部件不外露；體積小、重量輕，滅弧罩材料采納不飽和樹(shù)脂，耐弧性好，不會(huì)碎裂；滅弧室呈封閉型，飛弧距離小，可縮小電氣箱體尺寸；主觸頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)獨(dú)特，觸頭磨損小，電壽命增加；電磁鐵工作牢靠，損耗少，噪音小，且具很高的機(jī)械強(qiáng)度；操作頻率和限制容量高；3TF30-35系列可外加協(xié)助觸頭座；SIGUT-西門子專利端接法，接線便利，堅(jiān)固，接觸牢靠性高，抗振性強(qiáng)，平安防護(hù)性好。c)主要參數(shù)：接觸器額定電流應(yīng)大于或等于負(fù)載電流，對(duì)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載可按下列閱歷公式計(jì)算，主觸頭電流In：In=Pn*10/K*Un或I=M注：UN—被控電動(dòng)機(jī)的額定電壓M—系數(shù)，為1~0.7PN—被控電動(dòng)機(jī)的額定功率K—是閱歷系數(shù)1~1.4Pn—被控電機(jī)額定公率（KW）Un—電動(dòng)機(jī)額定線電壓（V）4.2.3斷路器斷路器即自動(dòng)開(kāi)關(guān)，適用于低壓配電點(diǎn)頻繁通斷電限制，其額定電壓大于或等于線路額定電壓。其額定電流大于或等于負(fù)載工作電流。本系統(tǒng)各安排電箱選用DZ2Y-100/31，總線上選DZ20Y-200/31。（DZ塑料外殼式，20設(shè)計(jì)序號(hào)，Y一般型，200額定電流，3極數(shù)，1脫扣方式）。整定電流，過(guò)流時(shí)動(dòng)作電流等于1.7倍的起動(dòng)電流，起動(dòng)電流等于4-7倍的額定電流。過(guò)載脫扣電流和電機(jī)額定電流一樣；過(guò)電流整定值大于負(fù)載正常工作尖蜂電流，對(duì)電機(jī)負(fù)載按1.7倍的起動(dòng)電流整定；欠電壓脫扣器額定電壓等于主電路額定電壓。4.2.4熔斷器其用于配電電路的嚴(yán)峻過(guò)載和短路愛(ài)護(hù)。依據(jù)單臺(tái)電機(jī)適用選擇輕載及起動(dòng)時(shí)間短時(shí)，系數(shù)為1.5，起動(dòng)負(fù)載較重及起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，起動(dòng)次數(shù)較多的狀況取2.5。其計(jì)算公式為：Ir=（1.5~2.5）In。選RL1-15型。5軟件設(shè)計(jì)5.1軟件設(shè)計(jì)工具的選用5.1.1編程語(yǔ)言的選用本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言選用VisualBasic(簡(jiǎn)稱VB)。VB是真正的面對(duì)對(duì)象的Windows應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)工具，它以對(duì)象為基礎(chǔ)，并運(yùn)用事務(wù)驅(qū)動(dòng)機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)Windows操作系統(tǒng)的事務(wù)響應(yīng)，具有高效、簡(jiǎn)潔、易學(xué)和功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。VisualBasic供應(yīng)了大量控件，可用于設(shè)計(jì)界面和實(shí)現(xiàn)各種功能，程序員可以通過(guò)施放操縱完成用戶界面設(shè)計(jì)。和其它Windows應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)工具相比，在設(shè)計(jì)用戶界面時(shí)特別便利，大大減輕了工作量，簡(jiǎn)化了界面設(shè)計(jì)過(guò)程，有效地提高了應(yīng)用程序的運(yùn)行效率和牢靠性。利用VisualBasic還可以采納分布式計(jì)算獲得最大的可伸縮性能。運(yùn)用現(xiàn)有的技能、代碼和技術(shù)，將能夠創(chuàng)建適用于傳統(tǒng)客戶/服務(wù)器、Internet及MicrosoftTransactionServer體系結(jié)構(gòu)的可重用ActiveX部件。本設(shè)計(jì)中用到了VisualBasic中以下幾個(gè)主要控件：表5.1本設(shè)計(jì)常用到的控件控件名稱主要作用Data控件Data控件允許從一個(gè)記錄移動(dòng)到另一個(gè)記錄，并顯示和操縱來(lái)自被連結(jié)的控件的記錄的數(shù)據(jù)DataGrid控件DataGrid控件是最基本的數(shù)據(jù)交互控件之一，是數(shù)據(jù)源和用戶之間的接口DataCombo控件DataCombo控件是一個(gè)數(shù)據(jù)綁定組合框，它自動(dòng)地由一個(gè)附加數(shù)據(jù)源中的一個(gè)字段充填，并且可以選擇地更新另一個(gè)數(shù)據(jù)源的一個(gè)相關(guān)表中的一個(gè)字段MSCHART控件它的功能是給應(yīng)用程序添加圖表，用它能創(chuàng)建包括條、線、餅等的不同類型的二維或三維圖表5.1.2數(shù)據(jù)庫(kù)的選用數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)選用MicrosoftAccess2003。Access2003是Office2003中文版的組件之一。是一個(gè)中、小型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，運(yùn)用便利、功能強(qiáng)大，和其它數(shù)據(jù)庫(kù)有良好的接口。用戶可以便利的運(yùn)用和曾理數(shù)據(jù)庫(kù)，如創(chuàng)建和編輯數(shù)據(jù)表、設(shè)計(jì)和運(yùn)用各種查詢工具進(jìn)行查詢操作、設(shè)計(jì)和運(yùn)用窗體、制作和打印報(bào)表、設(shè)計(jì)和運(yùn)用宏、設(shè)計(jì)和運(yùn)用Web頁(yè)等。Access2003不僅可以處理自身的數(shù)據(jù)庫(kù)文件，還可以處理其它一些數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)管理軟件所建立的數(shù)據(jù)庫(kù)文件，能識(shí)別dBase,FoxBase,FoxPro,Paradox,Btrieve等數(shù)據(jù)庫(kù)格式文件，并且支持開(kāi)放式數(shù)據(jù)庫(kù)互連性標(biāo)準(zhǔn)(ODBC)的SQL[12]。5.2軟件設(shè)計(jì)5.2.1軟件設(shè)計(jì)的總體框架本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)是：完成遠(yuǎn)程參數(shù)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程設(shè)備限制、數(shù)據(jù)庫(kù)信息管理等應(yīng)用程序，溫室遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)用VB實(shí)現(xiàn)；因此，在編寫程序之前一個(gè)不行忽視的工作就是勾畫軟件設(shè)計(jì)的總體框架。該設(shè)計(jì)的總體框架是依據(jù)設(shè)計(jì)的任務(wù)完成的。分遠(yuǎn)程參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊，遠(yuǎn)程設(shè)備限制模塊，數(shù)據(jù)庫(kù)信息管理模塊和一個(gè)用戶的注冊(cè)和登陸模塊。各個(gè)模塊之間的關(guān)系是通過(guò)所建立的數(shù)據(jù)庫(kù)表完成的。遠(yuǎn)程參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊所實(shí)現(xiàn)的主要功能就是將下位機(jī)傳來(lái)的數(shù)據(jù)存放到數(shù)據(jù)庫(kù)中，并同時(shí)在用戶的界面上顯示出來(lái)，這些參數(shù)包括：溫度、濕度、光照度、地表溫度、地勢(shì)水勢(shì)、溫室的編號(hào)和測(cè)試數(shù)據(jù)的日期和時(shí)間等。這些數(shù)據(jù)主要保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中的一個(gè)參數(shù)分布的表格中。而且要包括一個(gè)數(shù)據(jù)分類顯示的功能。即：假如想顯示溫室1的各類參數(shù)時(shí)，就可以實(shí)時(shí)的將溫室1的各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的參數(shù)顯示到界面上。遠(yuǎn)程設(shè)備限制模塊的功能主要是將下位機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析之后，由操作員依據(jù)具體狀況對(duì)溫室的一些設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程的限制，如：當(dāng)監(jiān)測(cè)的溫度高于植物所承受的最高或最低溫度時(shí)，可以通過(guò)啟動(dòng)風(fēng)扇或關(guān)窗來(lái)對(duì)具體的設(shè)備操作。達(dá)到限制溫度的目的。數(shù)據(jù)庫(kù)信息管理模塊的任務(wù)就是，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和操作，比如：分類顯示歷史記錄，有利于操作員對(duì)當(dāng)?shù)馗鱾€(gè)參數(shù)有一個(gè)也許的了解等。還包括對(duì)溫室的添加功能及對(duì)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的設(shè)置，通過(guò)將當(dāng)時(shí)的參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，最終來(lái)知道操作員的操作行為。用戶的注冊(cè)和登錄模塊，主要是為了防止非工作人員對(duì)系統(tǒng)的操作和對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的信息的破壞，為了平安，因此應(yīng)當(dāng)設(shè)置一個(gè)用戶注冊(cè)的界面，通過(guò)該界面才可以對(duì)遠(yuǎn)程溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行操作和管理。各個(gè)模塊之間的關(guān)系如下圖5.1所示：主界面主界面遠(yuǎn)程參數(shù)監(jiān)控模塊數(shù)據(jù)庫(kù)信息管理模塊遠(yuǎn)程設(shè)備限制模塊用戶登陸注冊(cè)模塊溫度濕度光照度地表濕度地勢(shì)水勢(shì)排風(fēng)扇側(cè)窗氣泵溫度編號(hào)遮蔭簾圖5.1模塊結(jié)構(gòu)圖5.2.2各個(gè)模塊的細(xì)化a)遠(yuǎn)程參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊遠(yuǎn)程參數(shù)檢測(cè)模塊是該系統(tǒng)的一個(gè)中心模塊，操作員主要是通過(guò)該模塊完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的限制和操作的。這個(gè)模塊包括溫度、濕度、光照度、地表溫度、地勢(shì)水勢(shì)、溫室編號(hào)、日期、時(shí)間等參數(shù)。當(dāng)下位機(jī)的數(shù)據(jù)傳到上位機(jī)之后，系統(tǒng)首先將傳來(lái)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)表的相應(yīng)的字段中，然后在用戶的界面上進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示。該模塊的流程圖如下5.2所示。起先起先是否有新數(shù)據(jù)是否選擇溫室數(shù)據(jù)顯示結(jié)束NNYY圖5.2遠(yuǎn)程參數(shù)檢測(cè)模塊b)數(shù)據(jù)庫(kù)信息管理模塊數(shù)據(jù)庫(kù)信息管理模塊的功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的各類參數(shù)的管理和操作，以保證對(duì)數(shù)據(jù)的平安操作，如通過(guò)此模塊可以設(shè)置數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)值，可以增加一個(gè)新建成的溫室，從而完成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中各個(gè)數(shù)據(jù)表的操作。假如新增加一個(gè)溫室，則通過(guò)該模塊使得數(shù)據(jù)表中的字段應(yīng)當(dāng)為新增加的溫室建立一個(gè)新的記錄集。用于對(duì)該溫室內(nèi)各個(gè)參數(shù)的存儲(chǔ)。該模塊的設(shè)計(jì)流程圖如圖5.3所示。開(kāi)始新增加溫室開(kāi)始新增加溫室該溫室存在？創(chuàng)建新記錄集NYc)遠(yuǎn)程設(shè)備限制模塊遠(yuǎn)程設(shè)備限制模塊的功能主要是將下位機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析之后，由操作員依據(jù)具體狀況對(duì)溫室的一些設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程的限制，如：當(dāng)監(jiān)測(cè)的溫度高于植物所承受的最高或最低溫度時(shí)，可以通過(guò)啟動(dòng)風(fēng)扇或關(guān)窗來(lái)對(duì)具體的設(shè)備操作。達(dá)到限制溫度的目的。當(dāng)對(duì)該模塊限制時(shí)首先應(yīng)當(dāng)了解此時(shí)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，然后依據(jù)這個(gè)狀態(tài)推斷是否對(duì)該設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程限制。其限制流程圖如5.4所示。開(kāi)始開(kāi)始新增加溫室該溫室存在？創(chuàng)建新記錄集NY圖5.4遠(yuǎn)程設(shè)備限制模塊d)用戶注冊(cè)和登錄模塊用戶的注冊(cè)和登錄模塊，主要是為了防止非工作人員對(duì)系統(tǒng)的操作和對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的信息的破壞，為了平安，因此應(yīng)當(dāng)設(shè)置一個(gè)用戶注冊(cè)的界面，通過(guò)該界面才可以對(duì)遠(yuǎn)程溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行操作和管理。首先要推斷數(shù)據(jù)庫(kù)中是否存在該用戶，假如存在，那么是否密碼正確。假如有新用戶注冊(cè)，首先應(yīng)當(dāng)推斷是否新用戶名和原有的用戶重名。然后完成添加的新用戶。用戶注冊(cè)和登錄的流程圖如5.5和5.6所示。添加新用戶添加新用戶推斷此用戶是否存在添加用戶密碼修改數(shù)據(jù)庫(kù)信息結(jié)束YN圖5.5用戶注冊(cè)用戶登錄該用戶是否存在用戶登錄該用戶是否存在密碼是否正確登錄勝利輸入密碼YNYN5.3人機(jī)交互界面的創(chuàng)建人機(jī)交互界面亦稱用戶界面(UserInterface)，是指人和系統(tǒng)進(jìn)行交互的方式和方法。人機(jī)交互界面是遠(yuǎn)程用戶抄表系統(tǒng)中面對(duì)用戶的可視化窗口。一般來(lái)說(shuō)這個(gè)窗口是一個(gè)直觀、宜操作、功能強(qiáng)大、反映快速的人機(jī)交互界面，它可以大大增加該系統(tǒng)的好用性和生命力。人機(jī)交互界面的基本概念人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)主要解決和人機(jī)交相互關(guān)的用戶分析、任務(wù)分析、交互方式開(kāi)發(fā)過(guò)程等問(wèn)題。一個(gè)Windows應(yīng)用程序的用戶界面包括系統(tǒng)菜單和實(shí)現(xiàn)特定操作的窗體，通常以菜單為主界面，運(yùn)用菜單打開(kāi)窗體進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢和處理，在窗體中調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢或者維護(hù)。友好的人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)原則有:確定運(yùn)用對(duì)象、用戶限制性、干脆性、靈敏性、一樣性、反饋性、清楚性、美觀性、寬容性、易用性、象征性。人機(jī)交互界面的組成一般來(lái)說(shuō)，人機(jī)交互界面由窗口、菜單、圖表、按鈕和對(duì)話框組成。具體內(nèi)容見(jiàn)表5.2：表5.2人機(jī)交互界面的組成組成說(shuō)明窗口標(biāo)題欄、菜單欄、流淌條(水平、垂直)、狀態(tài)欄和限制欄；Microsoft公司的Windows操作系統(tǒng)可以稱為窗口技術(shù)的典范。菜單常見(jiàn)的菜單有：條形菜單、彈出式菜單、下拉菜單、圖標(biāo)式菜單等；用戶對(duì)菜單的操作主要是通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊，并輔以鍵盤或觸摸屏來(lái)實(shí)現(xiàn)的圖表是常用的一種圖形界面對(duì)象，它是一種小型的，帶有簡(jiǎn)潔圖形的符號(hào)。它的設(shè)計(jì)是基于隱喻和模擬的思想。圖標(biāo)能幫助用戶簡(jiǎn)便地通過(guò)界面調(diào)用功能按鈕常見(jiàn)的按鈕類型有：Windows風(fēng)格按鈕、閃耀式按鈕、動(dòng)畫式圖形按鈕、熱區(qū)(Hotspot)式按鈕、文本按鈕、圖形按鈕等對(duì)話框是一個(gè)彈出式窗口，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，除了各種選項(xiàng)和按鍵操作外，系統(tǒng)還可以在須要的時(shí)候供應(yīng)一個(gè)對(duì)話框來(lái)讓用戶輸入更加具體的信息，并通過(guò)對(duì)話框和用戶進(jìn)行交互。它也是充分體系多媒體人機(jī)交互特點(diǎn)的界面技術(shù)之一。5.3.3系統(tǒng)中各界面的創(chuàng)建a)主界面的設(shè)計(jì)系統(tǒng)主界面由標(biāo)題欄、菜單欄、主體部分及狀態(tài)欄組成。界面主體為遠(yuǎn)程溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總貌圖。菜單欄中分別設(shè)置為各個(gè)界面要實(shí)現(xiàn)的功能。如：遠(yuǎn)程參數(shù)監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)庫(kù)信息管理，用戶注冊(cè)，遠(yuǎn)程設(shè)備限制、歷史信息查詢等。在點(diǎn)擊按鈕時(shí)就會(huì)彈出對(duì)應(yīng)的窗口，此時(shí)管理人員就可以在該窗口上進(jìn)行相應(yīng)的操作了。該界面的設(shè)計(jì)是利用了VisualBasic語(yǔ)言中多文檔窗體的設(shè)計(jì)思想，首先，建立一個(gè)VisualBasic項(xiàng)目，之后新建一個(gè)Windows窗體，命名為Form1。該窗體的標(biāo)題欄設(shè)置為遠(yuǎn)程溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。窗體的背景屬性設(shè)置為該背景圖片。另外要添加一個(gè)MainMenue控件，然后，分別輸入各個(gè)菜單項(xiàng)：遠(yuǎn)程參數(shù)監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)庫(kù)信息管理，用戶注冊(cè)，遠(yuǎn)程設(shè)備限制、歷史信息查詢等。窗體界面如圖5.7所示。圖5.7主界面b)子界面的設(shè)計(jì)當(dāng)主窗體界面設(shè)計(jì)好以后，下面的工作就是設(shè)計(jì)主窗體中菜單欄上每個(gè)按鈕對(duì)應(yīng)的彈出子窗體。比如：當(dāng)操作人員要添加新用戶時(shí)，首先要對(duì)新用戶的基本信息錄入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，這就須要通過(guò)點(diǎn)擊“動(dòng)態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)”按鈕。在彈出的參數(shù)監(jiān)測(cè)窗口輸入各個(gè)溫室的基本參數(shù)信息。①遠(yuǎn)程參數(shù)檢測(cè)窗口的設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)窗口的設(shè)計(jì)步驟如下：第一步：添加一個(gè)新的Windows應(yīng)用程序項(xiàng)目。其次步：將該窗體的標(biāo)題欄改為“動(dòng)態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)”。最大化和最小化按鈕設(shè)置為“False”。第三步：打開(kāi)“工具箱”窗口，在Form2窗體中添加DataGrid控件，一個(gè)DbCombo控件和兩個(gè)Data控件。其中一個(gè)用于綁定溫室編號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)表，另一個(gè)用于綁定參數(shù)分布數(shù)據(jù)庫(kù)表。第四步：設(shè)置各個(gè)控件的屬性。如所連接的數(shù)據(jù)源名稱，該數(shù)據(jù)源中所要綁定的字段等。其具體的設(shè)計(jì)界面如下圖5.8所示。圖5.8遠(yuǎn)程參數(shù)監(jiān)測(cè)界面②設(shè)備限制界面的設(shè)計(jì)該界面的作用是：操作人員依據(jù)當(dāng)前溫室參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)等信息，來(lái)限制遠(yuǎn)程設(shè)備的動(dòng)作，達(dá)到調(diào)整溫室中某些參數(shù)的目的。該界面的設(shè)計(jì)畫面如圖5.9所示。圖5.9設(shè)備限制界面③數(shù)據(jù)庫(kù)管理界面的設(shè)計(jì)通過(guò)該界面實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)一有效的管理。當(dāng)須要增加溫室時(shí)，可以通過(guò)該界面完成溫室的添加，同時(shí)在數(shù)據(jù)庫(kù)中新創(chuàng)建一個(gè)記錄集?？梢噪S時(shí)修改溫室的各個(gè)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值，便于和當(dāng)前的數(shù)值進(jìn)行比較，指導(dǎo)操作員的工作。其窗體結(jié)構(gòu)如圖5.10所示。圖5.10數(shù)據(jù)庫(kù)管理界面④新用戶注冊(cè)窗口的設(shè)計(jì)為了使不同的操作員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理和維護(hù)，可以設(shè)計(jì)一個(gè)新用戶注冊(cè)界面，增加操作員的數(shù)量，該界面是和數(shù)據(jù)庫(kù)中用戶數(shù)據(jù)表相連接的。如圖5.11所示。圖5.11新用戶注冊(cè)界面⑤用戶登錄界面的設(shè)計(jì)用戶登錄界面是遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)交互界面，它的主要功能是供應(yīng)平安穩(wěn)定、簡(jiǎn)潔明白、易于操作的用戶環(huán)境，運(yùn)用戶可以通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室數(shù)據(jù)的監(jiān)視和對(duì)溫室設(shè)備的限制。啟動(dòng)該程序后，首先彈出該窗口。通過(guò)合法的輸入用戶名和密碼，才可以進(jìn)入操作該系統(tǒng)的界面。該界面是和數(shù)據(jù)庫(kù)表中的注冊(cè)表相綁定的。運(yùn)行結(jié)果如圖5.12所示。圖5.12用戶登錄界面⑥歷史數(shù)據(jù)查詢窗口的設(shè)計(jì)該界面主要完成對(duì)歷史數(shù)據(jù)的查詢和對(duì)歷史數(shù)據(jù)的繪圖顯示。操作員可以隨時(shí)了解一段時(shí)間內(nèi)的溫室參數(shù)的各種變更狀況。如圖5.13所示。圖5.13歷史記錄打印界面主要控件功能的實(shí)現(xiàn)本程序用到的主要控件包括：菜單控件、用戶的登錄和新用戶的注冊(cè)、數(shù)據(jù)庫(kù)的連接控件，MsChart控件，以及溫室參數(shù)的顯示，歷史記錄的查詢，和歷史數(shù)據(jù)的繪圖表示等。在實(shí)現(xiàn)這些功能之前，首先要完成操作界面和數(shù)據(jù)庫(kù)中各個(gè)數(shù)據(jù)表的鏈接。之后在針對(duì)要實(shí)現(xiàn)的具體功能對(duì)不同的控件進(jìn)行編程。a)建立和數(shù)據(jù)庫(kù)的連接和數(shù)據(jù)庫(kù)之間的連接有多種方法，較常用的方法是運(yùn)用數(shù)據(jù)向?qū)В脭?shù)據(jù)適配器組件建立連接并可讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。該畢業(yè)設(shè)計(jì)所用到的數(shù)據(jù)庫(kù)是Access數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)表和各個(gè)控件的連接是通過(guò)Data控件完成的。再進(jìn)行數(shù)據(jù)的連接之前應(yīng)首先創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，并建立所要用到數(shù)據(jù)表。該數(shù)據(jù)庫(kù)的名字命名為db1.mdb。在這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中共建立了標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)、參數(shù)分布、設(shè)備狀態(tài)、溫室編號(hào)、注冊(cè)表五個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表。用于存放相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。b)用戶注冊(cè)和密碼登錄界面功能的實(shí)現(xiàn)用戶的注冊(cè)和登錄界面，主要是為了防止非工作人員對(duì)系統(tǒng)的操作和對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的信息的破壞，為了平安，因此應(yīng)當(dāng)設(shè)置一個(gè)用戶注冊(cè)的界面，通過(guò)該界面才可以對(duì)遠(yuǎn)程溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行操作和管理。首先要推斷數(shù)據(jù)庫(kù)中是否存在該用戶，假如存在，那么是否密碼正確。假如有新用戶注冊(cè)，首先應(yīng)當(dāng)推斷是否新用戶名和原有的用戶重名。然后完成添加的新用戶。其界面的控件設(shè)置如上圖5-5和5-6所示。具體代碼為：新用戶注冊(cè)如下：PrivateSubCommand1_Click()IfText1.Text=""Thenexitmsg=MsgBox("請(qǐng)輸入用戶名！",0+64,"提示窗口")ElseIfText1.Text=Data1.Recordset.Fields("操作員")Thenexitmsg=MsgBox("此用戶名已存在，請(qǐng)重新輸入！",0+48,"提示窗口")Text1.Text=""Text2.Text=""Text1.SetFocusElseIfText2.Text=""Thenexitmsg=MsgBox("請(qǐng)輸入密碼！",0+32,"提示窗口")Text2.SetFocusElse'保存操作員及密碼Data1.Recordset.Fields("操作員")=Text1.TextData1.Recordset.Fields("密碼")=Text2.TextData1.Recordset.Update'更新記錄Data1.RefreshText1.Text="":Text2.Text=""exitmsg=MsgBox("操作員設(shè)置勝利！",0+48,"提示窗口")EndIfEndSub用戶登錄代碼如下：PrivateSubCommand1_Click()Data2.Recordset.FindFirst"操作員like"+Chr(34)+Text1.Text+Chr(34)+""IfData2.Recordset.NoMatchThenexitmsg=MsgBox("無(wú)該操作員!，請(qǐng)重新輸入！",0+48,"提示窗口")Text1.Text=""ElseData1.RecordSource="select*from注冊(cè)表where操作員='"&Text1.Text&"'"Data1.RefreshIfText1.Text<>""AndText2.Text<>""AndText2.Text=Data1.Recordset.Fields("密碼")ThenLoadMDIForm1MDIForm1.ShowUnloadMeElseIfTIM=3Then'密碼輸錯(cuò)3次，退出系統(tǒng)myval=MsgBox("密碼輸入錯(cuò)誤,請(qǐng)向系統(tǒng)管理員查詢!",0,"")Ifmyval=vbOKThenEndEndIfIfText1.Text=""Thenexitmsg=MsgBox("請(qǐng)輸入操作員!",0+48,"提示窗口")Text1.SetFocusElseIfText1.Text<>Data1.Recordset.Fields("操作員")Thenexitmsg=MsgBox("查無(wú)此操作員，請(qǐng)重新輸入！",0+48,"提示窗口")Text1.Text=""Text2.Text=""ElseIfText2.Text=""Thenexitmsg=MsgBox("請(qǐng)輸入操作員密碼！",0+48,"提示窗口")ElseIfText2.Text<>Data1.Recordset.Fields("密碼")Thenexitmsg=MsgBox("密碼錯(cuò)誤,請(qǐng)重新輸入密碼!",0+48,"提示窗口")Text1.Text=""Text2.Text=""TIM=TIM+1Text2.SetFocusEndIfEndIfEndIfEndIfEndIfEndIfEndSubc)溫室參數(shù)監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)在該窗口設(shè)置一個(gè)Data控件和一個(gè)DataGrid控件和一個(gè)DBCombo控件，將Data控件的數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)源名稱等屬性連接到數(shù)據(jù)庫(kù)的參數(shù)分布數(shù)據(jù)表上。然后對(duì)DBCombo控件的單擊事務(wù)編寫如下代碼：PrivateSubDBCombo1_Click(AreaAsInteger)Data1.RecordSource="select*from分布參數(shù)where分布參數(shù).溫室編號(hào)like"+Chr(34)+DBCombo1.Text+"*"+Chr(34)+""Data1.RefreshEndSubd)設(shè)備限制的實(shí)現(xiàn)該界面有三個(gè)部分組成：參數(shù)圖表顯示、設(shè)備狀態(tài)、發(fā)送操作吩咐。分別用于顯示繪圖和當(dāng)前的設(shè)備狀態(tài)和對(duì)設(shè)備的限制操作按鈕。具體代碼如下：PrivateSubCommand5_Click()Ifform2.Command1.BackColor=&HFF&ThenIfMsgBox("是否關(guān)閉排風(fēng)扇!",1+48,"提示窗口")=vbOKThenform2.Command1.BackColor=&H8000000Dform2.Data1.Recordset.Update'更新記錄EndIfElseIfMsgBox("是否打開(kāi)排風(fēng)扇！",1+48,"提示窗口")=vbOKThenform2.Command1.BackColor=&HFF&form2.Data1.Recordset.Update'更新記錄EndIfEndIfEndSubPrivateSubDBCombo1_Click(AreaAsInteger)WithMSChart1.chartType=VtChChartType2dLine.Row=iIfform2.Adodc1.Recordset.Fields("溫室編號(hào)")=form2.DBCombo1.TextThen.Data=form2.Adodc1.Recordset("溫度").RowLabel=form2.Adodc1.Recordset("日期").ColumnCount=1.ColumnLabel="溫度"EndIfNextEndWithEndSube)歷史數(shù)據(jù)查詢的實(shí)現(xiàn)這個(gè)界面的功能是依據(jù)操作員的須要，隨時(shí)從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取所須要的歷史記錄信息，并同時(shí)可以以繪圖的形式顯示出來(lái)。代碼如下：PrivateSubForm7_Load()'自動(dòng)識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)路徑Data1.DatabaseName=App.Path&"\db1.MDB"EndSubPrivateSubCommand1_Click()WithMSChart1.chartType=VtChChartType2dLine.Row=iIfform7.Adodc1.Recordset.Fields("溫室編號(hào)")=form7.Text1.TextThen.Data=form7.Adodc1.Recordset("溫度").RowLabel=form7.Adodc1.Recordset("日期").ColumnCount=1.ColumnLabel="溫度"