基于ARM的溫室智能監控終端設計

張阿鵬　王引衛　白軍元

摘 要：依據溫室植物生長對溫濕度、光照、CO2等環境參數變化的控制要求，本文闡述了一種以TM4C1230E6PM為核心的溫室多參數智能監控終端設計，完成溫室環境參數的實時的分類處理、存儲、顯示、預警、歷史數據遠程查看分析等功能。該系統原理樣機已完成軟硬件的調試、測試，性能穩定，可滿足實際應用要求，具有良好的應用前景。

關鍵詞：智能監控；ARM；存儲；RS485總線

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

0 引言

目前國內市場上成型的溫室控制器只能實現對單一環境因子監測，不能滿足溫室生產的實際需求，為此，本文設計了一種基于TM4C1230E6PM為核心的溫室智能監控終端，通過不同的軟件設計實現多傳感器數據的采集存儲、分析預警功能，大大提高了溫室管理的智能化水平。

1 溫室智能監控終端硬件總體方案設計

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據的采集、處理、存儲、顯示及現場預警、現場控制等功能；存儲模塊為SPI接口的FlashRAM，完成功能軟件的存儲、運行，采集數據、歷史數據的存儲；通訊及采集模塊選用了高速通用串行多節點、長距離通信的RS485總線，實現各類傳感器數據的采集、遠程控制端通信功能；電源模塊作為二級轉換，實現溫室提供電源的二級轉換，給各模塊提供所需電源；按鍵顯示模塊作為人機交互界面，實現人機交互輸入及參數設置，數據處理結果的顯示、預警、查看等。

該終端通過RS485總線查詢溫室內溫濕度等傳感器采集的實時數據，對輸入數據進行相應分析和處理，并實時顯示。

2 溫室智能監控終端硬件設計

（1）微處理器。主控制模塊選用TM4C1230E6PM是基于ARM公司的Cortex-M4內核的微處理器，主要完成各接口數據的采集、處理、存儲、顯示及現場預警、現場控制等功能，是溫室智能監控終端的核心模塊。

（2）存儲模塊。存儲模塊主要是將溫室實際測量數據及用戶現場改變的控制參數存入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）按鍵和數據顯示模塊。顯示模塊選用2.7寸OLED屏，分辨率為 128*64。顯示屏下方共設計換行、換列、關屏、設置、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中斷服務程序，實現各種需求的功能。

（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（包含數據讀取、上位機給智能終端的命令下達、程序更新、電池電量監控及各種可能的串口通訊功能）。設計采用處理器集成串口（總共有8路），通過收發器SP3485EN擴展出兩路RS485接口，實現各類傳感器數據的采集、遠程控制端通信功能。

（5）電源轉換模塊。電源轉換模塊以TPS54340核心，將電池輸入轉換為微處理器和OLED屏用的穩定的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定的12V電壓。

3 溫室智能監控終端軟件方案設計

軟件設計依據溫室控制要求，完成對各個傳感器的數據采集、處理、顯示及存儲等功能。

如圖2所示，智能終端加電后，完成硬件系統初始化，處理器脫離復位后從FlashRAM的0x00000000地址出執行主程序，首先對各功能部件完成關鍵參數初始化設置、功能部件自檢，各傳感器數據通過中斷方式將數據實時傳送到處理器，主程序收到硬件中斷后，依據中斷向量表調用不同的中斷函數，實現溫室數據的采集處理、存儲及通信等功能。主程序以循環方式執行，以確保對溫室環境數據實現實時監測控制。

4 結語

本文根據溫室作物生長對環境的控制要求，設計了溫室多參數智能監控終端，實現了對溫室環境因子的動態智能監控。在實驗過程中溫室智能監控終端運行穩定，效果良好，具有較強的實際應用價值。

參考文獻：

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基金項目：本文得到西京學院2018-2019學年研究生創新基金項目“基于ARM的溫室多功能監測儀的設計與開發”的資助。