專利名稱：一種基于分布式網絡的電機控制器的制作方法
技術領域：
本發明涉及控制技術在農業設施環境中應用的技術領域，具體涉 及一種基于分布式網絡的電機控制器。
背景技術：
在設施農業生產中，環境對動植物的生長有著重要的影響，而且 設施內可以通過一定的手段進行人工調節和干預，傳統的環境調控方 式以人工為主，由于人為的監測存在經驗誤差和不能連續職守的問 題，不利于給動植物提供良好的環境，因此，近年來，自動化控制技 術在農業設施環境調控中引用越來越多。目前，設施環境自動控制已有相關的產品推廣應用，為環境調控 自動化提供了很好的基礎，具有減輕勞動量，合理調節環境質量的優 點。但是也存在一些關鍵問題影響了環境控制的效果。主要有兩個方面， 一是控制因子單一，主要以溫度為主，考慮其他因素比較少；其 二是釆樣點比較少，多以中間位置作為經驗采樣點，未能充分反映設 施內的環境狀況。發明內容本發明是針對農業設施分布式控制的需求，將嵌入式網絡技術融 入到設備的控制節點，以設施環境調控的基本執行機構電機為載體， 實現每個設備的網絡節點功能，同時各個節點具有模擬量接口，可以 實現自主控制與網絡控制相結合，為提高農業設施環境調控能力提供 一種新的設備。為實現上述目的，本發明釆用以下技術方案一種基于分布式網絡的電機控制器，包括單片機和網絡處理芯片， 所述電機控制器以所述單片機作為主控制器連接所述網路處理芯片，
所述電機控制器連接電機形成節點，所述單片機控制所述電機運轉并 通過傳感器釆集溫度信號，所述單片機控制所述網絡處理芯片遠程訪 問環境調控系統。所述網絡處理芯片內移植有TCP/IP協議棧和HTTP協議,TCP/IP協議棧提供網絡協議基礎，HTTP協議提供具體遠程控制。所述主控制器與所述電機的接口采用高功率固態繼電器驅動電機運轉，控制器通過固態繼電器帶動接觸器線圈，接觸器驅動電機運轉，根據具體電機選型的不同，可以選擇是否加接觸器。所述主控制器內置控制算法邏輯，所述節點獨立自主控制。 所述主控制核心具有5路模擬量輸入，4路開關量輸出。 所述網絡處理芯片有以太網接口，所述單片機控制所述網絡處理芯片遠程訪問調控系統的方式為以太網的方式。本發明的電機控制器以每個執行機構作為控制節點，每個節點具有一定的獨立決策能力，又能夠通過網絡進行統一控制，基于這種模式，可以為研究設施內環境監控布點規律提供硬件基礎，有利于通過優化的控制方案，提高環境調控的效果。
圖1為本發明的單片機與網絡處理芯片8019AS的接口示意圖； 圖2為本發明電機控制器接電機的外圍電路設計示意圖。
具體實施方式
以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。 該實施例通過自主研發的基于單片機的電機控制器，該電機控制 器包括單片機和網絡處理芯片，結合現有農業設施環境調控的執行機 構-電機，形成控制節點。電機控制器以單片機作為主控制器連接網 路處理芯片，單片機控制電機運轉并通過傳感器釆集溫度信號，單片 機控制網絡處理芯片遠程訪問環境調控系統。現有的單片機網絡系統主要有釆用Rabbit3000系列單片機，內置
操作系統的方案；以及采用RTOS Motorola MCF5272處理器，用 uClirmx操作系統的方案。諸如此類的方案都采用了嵌入式的操作系 統，對硬件的要求很高，要求幾兆甚至幾十兆的存儲器，雖然它們可 以完成如網關等許多復雜的功能，但對于許多僅需要進行數據采集、 控制的地方(如信息家電、設備控制器等)，其成本往往是不可接受 的，因此我們選用了基于精簡指令集的PIC單片機加網絡控制芯片 RTL8019AS的方式，來實現嵌入式Web服務器的功能，其成本價格 僅為百元左右。如圖1所示為本實施例的單片機與網絡處理芯片8019AS的接口 示意圖，本實施例中單片機選用了基于精簡指令集的PIC16F877單片 機，網絡處理芯片選用RTL8019AS， PIC16F877單片機作為主控制 器通過I/0接口 RE0、 RE1、 RC5、 RC0 RC4、 RD0 RD7連接所述 網路處理芯片RTL8019AS，通過REO、 RE1進行數據交換的讀寫控 制，RC0 RC4為地址線，RD0 RD7為數據總線，通過RC5進行判 忙識別，網絡處理芯片RTL8019AS通過外接網絡變壓器20F001N連 接以太網接口 RJ45，實現該電機控制器遠程訪問環節調控系統的功 能。PIC16F877單片機通過固態繼電器帶動接觸器線圈，接觸器驅動 電機運轉，根據具體電機選型的不同，可以選擇是否加接觸器。該電機控制器利用PIC16F877的RA端口 5路模擬量輸入，RB 端口的4路開關量輸出作為控制器數據釆集和控制的外部通道。開關 量仍有4路端口可供使用，或釆用其它方式進行更多的擴展。如圖2為本發明電機控制器接電機的外圍電路設計示意圖。單片 機PIC16F877發送的控制電機運轉的開關量信號非常微弱，不足以驅 動電機工作，通過開關電源DS1032連接圖示中開關量接入線路A、 B和C,通過固態繼電器將信號放大帶動電機上的接觸器線圈，接觸 器驅動電機運轉。電機運轉通過溫度傳感器釆集環節溫度，將釆集的 溫度信號傳遞給單片機PIC16F877的數據釆集接口 RAO和RA1。
釆用嵌入式Web Server的電機控制器是將信號處理、控制電路與 TCP/IP通信協議、HTTP協議集成在電機控制器芯片程序中。電機控 制器中嵌入了經過裁剪的TCP/IP協議及HTTP協議數據處理模塊。 其中，TCP/IP協議棧和HTTP協議是實現控制器遠程控制的核心部 分。前者提供網絡協議基礎，后者提供具體遠程控制。二者都需要根 據控制器的特點進行定制，以期達到更高的效率。在該網絡實現方案中，單片機主要負責實現剪裁的TCP/IP協議， 另外處理傳感器的信號，并實現控制的主程序的功能。這里的8019AS 主要負責處理以太網協議(IEEE802.3)。該分布式節點可以根據自帶傳感器的信息來控制電機設備是否 啟動，具有一定的邏輯判斷算法；同時，通過RJ45接口，可以與中 心控制器(或計算機)通訊，可以遠程直接控制設備開啟，也可以修 改自主控制的邏輯參數。利用該分布式網絡控制器可以分布式測控節點，可以組態化安 裝，增加系統配置的靈活性；以太網的通訊模式，有利于遠程訪問；分布式的傳感器布局，有利于提高環境調控的效果。以上已經參照附圖公開了本發明的實施例。本發明不限制于先前 所述的實施例，在不脫離本發明范圍對前述實施例的可能的多種改變 和修改，仍屬于本發明所要保護的范圍。
權利要求
1、 一種基于分布式網絡的電機控制器，包括單片機和網絡處理 芯片，其特征在于所述電機控制器以所述單片機作為主控制器連接所 述網路處理芯片，所述電機控制器連接電機形成節點，所述單片機控 制所述電機運轉并通過傳感器采集溫度信號，所述單片機控制所述網 絡處理芯片遠程訪問環境調控系統。
2、 如權利要求1所述的基于分布式網絡的電機控制器，其特征 在于所述網絡處理芯片內移植有TCP/IP協議棧和HTTP協議。
3、 如權利要求1所述的基于分布式網絡的電機控制器，其特征 在于所述主控制器與所述電機的接口釆用高功率固態繼電器驅動電 機運轉。
4、 如權利要求1所述的基于分布式網絡的電機控制器，其特征 在于所述主控制器內置控制算法邏輯，所述節點獨立自主控制。
5、 如權利要求1所述的基于分布式網絡的電機控制器，其特征 在于所述主控制核心具有5路模擬量輸入，4路開關量輸出。
6、 如權利要求1所述的基于分布式網絡的電機控制器，其特征 在于所述網絡處理芯片有以太網接口，所述單片機控制所述網絡處理 芯片遠程訪問調控系統的方式為以太網的方式。
全文摘要
本發明提供一種基于分布式網絡的電機控制器，其包括單片機和網絡處理芯片，單片機作為主控制器，網絡處理芯片移植了TCP/IP協議棧，實現了通過以太網方式進行遠程訪問的功能，控制器核心具有5路模擬量輸入，4路開關量輸出；與電機的接口采用高功率固態繼電器驅動電機運轉。在主控制器內結合農業設施控制要求的不同，內置控制算法邏輯，可以實現每個節點的獨立自主控制，同時可以通過以太網接口，以網絡的方式與整個設施的環境調控系統相結合，進行數據傳輸和發送。
文檔編號G05B19/418GK101145053SQ20071012194
公開日2008年3月19日 申請日期2007年9月18日 優先權日2007年9月18日
發明者付為森, 李志忠, 滕光輝 申請人:中國農業大學