一体化系统环境监测论文

1一体化系统总体设计

分布式环境监测与照明一体化系统主要是针对农业自动化中大范围内的环境监测而设计的。为此该系统要有以下几个主要功能：1.环境的测量。2.稳定可靠地通信。3.局部环境的照明控制。4.在线的环境监控。基于以上的系统功能，本文设计了一套比较完善的分布式在线监测和照明一体化系统。该系统由上位机，主站和子站三部分组成。子站主要用于局部环境的监测和照明控制。主站主要用于对各个子站进行管理，收集各个子站上传的数据并对其进行存储和转发。上位机界面主要用于实时显示各个局部环境的测量值和挂接在各子站上的照明灯的状态，并当测量值超过一定阈值时进行相应的报警。整个系统采用DC12V进行供电，照明灯板挂接在各个子站上，用于各个子站的局部照明。采用工业上常用的RS-485总线进行通信，由于RS-485总线信号采用差分方式传输，因此有很强的抗共模干扰能力。通信采用Modbus通信格式（RTU）和CRC16校验方式，同时在软件中采用超时重发等机制，保证了通信的稳定可靠[9-11]。

2硬件实现

2.1通信的硬件实现

本文采用低功耗电平转换芯片MAX485作为收发器，该芯片的接收器输入具有失效保护特性，当输入开路时，可以确保逻辑高电平输出，因此具有较高的抗干扰性能。RO，RE，DE，DI分别连接到单片机的相应管脚，R1，R2，R3为上拉电阻，用于确保单片机在输出高电平时MAX485芯片能接收到正确的高电平。R4为线路的匹配电阻，用于消除线路中的传输信号的反射。为了保证总线上的其他分站的通信不受本分站硬件故障的影响，在485信号的输出端串接了两个电阻R5和R6。采用稳压管D1和D2组成吸收电路，可以避免总线中的瞬时高压，从而对MAX485芯片进行保护，保障了通信的可靠性。

2.2照明灯板的硬件实现

本文采用高亮度LED灯珠5630来制作照明灯板。由于照明灯板挂接在子站上，而子站是由12V供电的，所以采用3路4个LED灯珠的串并联来实现。

3系统软件实现

3.1程序流程

主站根据上位机下发的命令对其下面的各个子站进行相应的管理，读取各个子站的实时数据和对各个子站进行配置。主站的程序流程如图4所示。子站的作用主要是响应主站的命令，发送实时数据和配置其自身的状态

3.2通信协议

整个系统采用统一的Modbus通信格式（RTU）来实现，这种通信格式有确定的数据长度，从站可以从接收的数据长度来分析主站是否发送数据完毕，从而不会造成总线时序上的混乱，保证了通信的可靠性。同时采用CRC16的校验方式，可以使通信错误位数在1bit以内，校验准确率较高，从而保证了通信的可靠性[12-13]。

3.3通信过程

由于RS-485是主从方式通信的，所以在通信的设计时要充分考虑接收和发送的时序，否则会造成总线上通信的混乱。主机发送命令后延时一段时间T，若从机没有响应，则主机重发命令；若收到从机响应，校验正确则返回确认包，一次通信完成。根据主机发送命令的时间，从机响应命令的时间并留有充分余量的基础上来确定延时时间T。上位机发命令时，上位机作为主机，主站作为从机；主站发命令时，主站作为主机，从站作为从机。

4系统实现

实际系统采用每个主站挂接7个子站的监测方式，为实验方便以一个主站挂接3个子站为例。实验时的实际系统如图7所示。经试验系统完全能满足相应的功能要求，同时通信比较稳定，可靠性较强。本系统上位机采用MicrosoftVisualBasic6.0编程，实验时的上位机界面如图8所示。

5结束语

本文介绍了一种基于RS-485总线的分布式环境监测与照明一体化系统。该系统能较好的监测整个大环境中各个局部环境的温湿度值，并且具有照明功能。整个系统成本低，可靠性强，便于实现，易于推广，具有较强的实用性。

作者：陈薇 单位：合肥工业大学