摘 要：作物生長需要一個適宜的環境，在可控環境下，可以不分季節、不分地區地種植所需的作物。控制系統為實現這一目標提供了基礎。控制系統設計采用主從模式，基于RS-485 總線協議，設計全數字化傳感器和測控輸入輸出模塊;采用COM組件技術設計應用軟件的數據采集、控制算法和控制輸出組件。整個系統經過測試和運行，證明滿足可控環境調控要求。 關鍵詞：現場總線，分布式系統，COM組件，可控環境，智能節點 1 引言 　　設施農業已成為我國農業重要的一個領域，就是要跨越一個地域或跨越時區，創造一個可控環境，給作物提供良好的生存條件。在九五期間國家啟動了工廠化農業示范項目，經過五年的示范，取得了一定的成就。設施農業中的一個共性問題之一，就是環境的調控問題，在九五期間已經引起了設施領域，控制領域的高度重視，期間領域專家向科學技術部提供了許多建設性的工廠化農業發展戰略報告，因此在十五期間國家啟動了工廠化農業的關鍵技術研究與示范項目。就設施農業的一個共性問題-環境調控，啟動了溫室環境智能控制關鍵技術研究與示范課題。該課題的主要研究內容之一研究基于總線技術的控制系統，給溫室環境調控提供了一個硬件基礎。本文介紹系統的設計原理與性能測試方法。 2 系統描述 　　系統由上位機（Host）、通訊總線RS-485、測量傳感器、控制輸入輸出模塊等組成。如圖1所示。 　　上位機軟件核心部分：數據采集與處理模塊;控制算法模塊;輸出控制模塊;通訊處理模塊和實時數據庫組成，如圖2 所示。 [align=center] 圖2 控制軟件核心部分結構[/align] 　　從圖2可以看出，實時數據庫[1]是整個上位機控制站軟件系統的中心環節。它相當于一個運載工具，將各部分的信息（包括狀態、控制、數據）從一個執行模塊傳到另一個執行模塊。也可以將它理解成一個倉庫，從各通道采集來的數據，以及網絡上傳的數據存入實時數據庫中，而別的模塊（如輸出模塊，控制算法等）需要數據時，可以不直接到傳感器上去取，而是直接從實時數據庫中去取就可以了，同時運算的中間結果也存放在實時數據庫中。實時數據庫的另一個作用是實現數據共享，如幾個控制算法都需要某一個傳感器信號，如果沒有實時數據庫，則每次用到此數據都得去通道上輸入，同時，每個模塊必須重復地輸入、轉換和存儲該數據。而有了實時數據庫，只需要一個輸入模塊周期性地輸入該點的信息，并完成轉換、極限轉換、將結果放在數據庫中，這樣不論有多少控制算法需要此點，只要去實時數據庫中拷來用即可。 　　軟件輔助的功能有：歷史數據的存儲;過程畫面顯示和管理;報警信息的管理;記錄報表的管理和打印;參數列表顯示;人-機接口控制等。 3 硬件系統的設計 　　硬件系統如圖1 所示，在選擇完上位機后，根據控制現場的情況，合理的配置RS-485總線，之后主要任務是開發硬件設備：智能傳感器、I/O輸入輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊。由于模塊通訊協議采用RS-485, 通訊可靠性問題顯得特別重要。RS-485 是主從通訊模式，要保證可靠的采集數據，控制輸入輸出，就要設計中斷軟件模塊。當模塊中斷被激活后，所有的數據采集、輸入輸出任務均應在中斷程序中完成[2]。 　　3.1 智能傳感器模塊 　　智能傳感器模塊有溫濕度傳感器;光照度傳感器。設計流程圖如圖3所示。 [align=center] 圖3 傳感器設計流程圖[/align] 　　軟件主要流程如圖4所示，在中斷內完成所需的一切任務。 [align=center] 圖4 傳感器軟件中斷流程圖[/align] 　　3.2 輸入輸出模塊 　　該模塊的類型有四類：（1）數字量輸出模塊：輸出點數為8點;采用光電隔離技術;具有軟硬看門狗;驅動能力：最大輸出電流500MA;通訊協議RS-485;供電電源： 24VDC。（2）數字量輸入：輸入點數為8點;通訊協議RS-485;采用光電隔離技術;具有軟硬看門狗;檢測輸入電壓5～48VDC;供電電源： 24VDC。（3）模擬量輸入模塊：輸入通道8;具有軟硬看門狗;輸入信號0～5VDC 或4～20MA; 通訊協議RS-485;分辨率8位或12位;供電電源： 24VDC。（4）模擬量輸出模塊：輸出通道2; 輸出信號4-20MA;分辨率8位或12位;通訊協議RS-485;供電電源： 24VDC。由于篇幅所限，硬件設計原理流程與軟件設計流程略。 4 軟件系統設計 　　應用軟件的核心部分由幾個控件構成，如圖1所示，數據采集組件;控制算法組件;控制輸出組件等，在此介紹控制算法組件的設計原理。 　　4.1 COM組件技術 　　使用Com組件技術給用戶帶來靈活性。一個Com 組件是一個執行程序代碼的單元，例如，一個＊.EXE, ＊.DLL, ＊.OCX 文件，Com 組件遵從用于提供對象的Com 規范。Com 組件展示可以被其他應用程序使用的對象[3]。利用Visual Basic 可以創建三種類型的Com 組件，Active X 控件，Active 文檔，Com 可執行程序和 DLL. 下面介紹如何創建智能控制算法的Intell_algor.DLL。 　　4.2 Intell_algor.DLL 算法庫的生成方法　　 算法庫包括許多算法，例如，智能PID算法，基于遺傳技術的各種算法，模糊控制算法，神經控制算法等。以模糊控制算法為例敘述。流程如圖5 所示。 [align=center] 圖5 帶有優化器的模糊控制組件[/align] 　　由于使用二維模糊算法且該算法具有靈活性-適應不同控制對象的要求或是時變對象，在輸入端的信息有量化因子k[sub]e[/sub]、k[sub]ec[/sub]，比例因子k[sub]u[/sub];輸入量化等級p、q，輸出量化等級r;允許的誤差及誤差的變化率Ena_E、;控制時間間隔Int_T;設定點參數Set_P、實時采集參數Samp_P、前一次采樣參數Samp_P0。Intell_algor.DLL 的輸出信息有兩個p、q。其中控制表是一個脫離組件的控制表，可由p 、q查閱控制表得到輸出的量化等級r，反模糊化后輸出到執行機構上。 　　控制表優化器可在線運行，也離線運行，可根據實際情況來確定。有關二維模糊控制起的原理及優化方法、編程規范參閱文獻[4][5]。 　　編制好的Intell_algor.DLL 在使用時要事先注冊，注冊方法參考文獻[3]。 5 系統測試 　　系統的測試內容有兩項：一是網絡運行的可靠性考核;二是本系統的控制算法考核。 　　系統的數據采集節點14個，其中有四個溫濕度傳感器節點;四個輸出節點;兩個輸入節點;兩個光照傳感器節點;一個風速傳感器節點;一個 傳感器節點。測試時間2003/1/27 到 2003/2/8，采集所有節點數據，采樣時間5秒，不加任何處理進行數據記錄。有一次斷網情況，時間持續25秒。各個節點隨機出現的誤碼每天大約3次。經過軟件簡單處理，上述情況沒有發生。對于控制算法的測試是調控溫室環境因子溫度，初測幾天的數據分析看有模糊控制的空擋現象，經過組件改進后，運行近5天，一切正常。 6 結論 　　該系統的研制為可控環境的調控提供了基礎，組建控制系統的靈活。研制的智能傳感器和測控模塊是基于網絡技術設計的，開發的應用軟件的核心部分采用了COM組件技術，用戶使用方便，可在短期內開發出界面友好的應用軟件。整個系統經過近半年的運行，證明軟硬件設計合理，符合用戶需求。 參考文獻 　　[1] 王常力，廖道文. 集散型控制系統的設計與應用[M]. 北京，清華大學出版社，1993 　　[2] 何立民. 單片機應用系統設計[M]. 北京，北京航空航天大學出版社，1990 　　[3] 李海. Visual Basic 編程普及：Active X 控件[M]. 北京，北京航空航天大學出版社，2000 　　[4] 王磊，王為民. 模糊控制理論及應用[M]. 北京，國防工業出版社，1997 　　[5] 周長發. 科學與工程數值算法[M]. 北京，清華大學出版社，2002