基于单片机和MCGS的温室监控系统
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摘要：本文以我所温室为例，运用单片机和MCGS设计了一套温室监控系统。本系统实行两级监控，底层系统采用单片机监控，实时采集现场数据，上位机监控界面运用组态软件MCGS进行搭建，通过单片机和上位机之间的通讯连接，在上位机上实时监控供热工况，并根据现场情况及时调节，系统还实现了报警功能，提高了温室控制的自动化程度，降低了运行成本，提高了可靠性。
关键词：温室 单片机 组态 控监
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）01-0000-00
我所的科研温室由20个独立可控单元组成，是以蒸汽-水热交换系统为主供热源，蓄热型真空相变电热水机组供热为应急备用的供热系统。运用单片机和MCGS组态软件搭建了一套温室监控系统，保证了温室的良好运行。
1 温室的工作原理
该温室主要为冬季供暖。由2台强制对流换热器、2台循环水泵及水箱组成构成了供热系统。循环泵采用一用一备，用一台变频器，当变频器故障时，能投入到工频运行。
温度根据种植的作物及生长阶段生理活动确定设定值，通过采用变压差变频控制方式及一次网自作用温度控制阀来调节系统水温；为了适应每个温室的所需温度，在每个温室的上水管路上安装电磁阀、温度传感器、温度控制器，再通过二次网供水电动调节阀的调节实现自动控制，避免了浪费。
2 系统硬件构成
温室的自控系统采用典型的两级监控方式。上位机以组态软件作为主要的人机界面为管理级，完成对下位机的监控操作管理等，监控机选择研华工控机P4，2.5G，256M内存，40G硬盘，面向操作人员，可以远程控制现场各设备的运行。
下位机由单片机构成，为基础测控级，完成现场的数据采集及过程控制等。在该系统中主要包括20个温室温度、回水温度、室外温度、蒸汽加热状态、蒸汽温度、电热机组状态、20个电动阀、20个温室门窗状态等参数的实时监测和控制。本系统选择ATmega128单片机作下位机，有8个端口共53个I/O引脚。支持RS-485通讯/ 编程口，采用ModBus/RTU协议与计算机通信。
3 监控软件的设计
本项目经过系统分析、建立新工程、设计菜单基本体系、动画制作显示画面、编写控制流程程序、完善菜单按钮功能、编写程序调试工程、连接设备驱动程序、工程完工综合测试等工作实现了对系统组建过程。本软件包括主控界面、单元数据查询界面、短信设置界面、供热系统界面、系统数据查询界面、供热系统控制界面、权限管理界面、参数设定界面、 输出设定界面、 报警查询界面。
供热系统主控界面包括20个独立可控单元，系统需要监测的温度和门窗状态等参数的实时动态显示，操作人员可以在上位机上实时查看各组运行数据，实时监控系统的实时运行状，当系统出现异常时能及时发现并处理，保证了系统的良好运行。
短信设置：在短信设置界面中，将报警信息发送到指定的手机号码上。可以对故障种类设置及接收人员设置。
供热系统：可对系统进行供热方式的设定，电动阀状态等的形式直观显示出来，显示某一个时期各参数的实时运行数据。
权限管理：设置和管理所有操作员的权限。
供热系统主控界面包括电热水机组、换热器、循环泵、电动调节阀等现场设备，系统需要监测的温度和压力等参数的实时动态显示，操作人员可以在上位机上实时查看各温室运行数据，实时监控系统的实时运行状态，当系统出现异常时能及时发现并处理。
温室运行图，包括实时曲线、历史曲线、电动调节阀状态、门窗状态。
实时数据：对系统需要采集的温度、温度调节阀开度等数据以曲线的形式显示出来。
历史趋势曲线：可对运行参数进行过去时刻的曲线记录进行查讯测评。
参数设定：在参数设定界面中，可以对温室的供热方式、供回水压差、回水压力低限报警值、供水压力高限报警值、供水温度设定值 、各温室设定值、防冻温度设定值、防冻温度报警值、温室上下限报警值设定。
报警查询：显示目前的报警数据及其响应情况。包括一级网供汽温度低报警、二级网回水压力低报警、各温室防冻温度报警、各温室上、下限温度报警、循环泵报警。
4 单片机与上位机的通讯
4.1 单片机设备中通讯连接的设置
系统中采用Atmega128用Modbus通讯协议，通过RS 485总线进行通信，实现与上位机的通讯连接。为了上位机组态软件和单片机的通讯，需先对单片机和MCGS组态软件中分别进行通讯连接设置。在MCGS组态软件开发平台上，单击“设备窗口”，进入到设备窗口界面，再“设备组态”按钮进入设备组态。在“设备工具箱”中，选中“串口通讯父设备1”，增加后设置的属性。串口设备的属性设置：串口端口号为COM2，通讯波特率6～9600，8位数据位，1位停止位，无校验 ，同步采集方式。设备为名称： 慰普MA8-3，最小采集周期2000ms。
4.2 MCGS中单片机构件的设置
MCGS是一个“与设备无关”的系统，对于不同的硬件设备，只需定制相应的构件，放置到设备窗口中，并设置相关的属性，系统就可对这一设备进行操作，而不需要对整个系统构作任何改动。
设备窗口是MCGS系统的重要组成部分，负责建立系统与外部硬件设备的连接，使得MCGS 能从外部设备读取数据并控制外部设备的工作状态，实现对工业过程的实时监控。在“设备工具箱”中，选中“串口通讯父设备0”，增加后设置属性。串口父设备的属性设置：串口端口号为COM1，通讯波特率6- 9600，8位数据位，1位停止位，偶校验 ，同步采集方式。设备为名称 ：温室1#～20#，蒸汽加热，电热机组；最小采集周期2000ms，单片机地址为1～22，通信超时等待2000ms，初始状态启动。
5 结语
本设计过程中，以ATmega128单片机 作为整个系统的控制核心来实现对温室的控制，经过控制方案的不断优化，可以非常高效的实现系统控制。
参考文献
[1] MCGS用户指南[M].北京：北京昆仑通自动化软件科技有限公司，2003：13-180.
[2] MCGS参考手册[M].北京： 北京昆仑通自动化软件科技有限公司，2003：20-160.
[3] 覃贵礼，吴尚庆.组态软件控制技术 [M].北京：北京理工大学出版社，2007.
收稿日期：2015-11-18
作者简介：高爱华（1963―），男，浙江杭州人，学历：毕业于郑州大学，研究方向：从事电气与能源工作。
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