一、系统总体设计
本设计主控模块采用基于Cortex-M3内核的LM3S2948芯片，其支持最大主频为50MHz的ARMCortex-M3内核。该模块为本设计的核心模块，其和上位机之间通过RS232总线进行串行通信，通过RS485总线同各个数据采集模块和执行机构进行通信，用以协调各个部件的工作状况。系统为各个模块分配不同的地址，方便对各个部分的数据进行提取和控制各个执行机构。采用模块化设计和RS485总线标准方便施工现场安装和系统控制。另外，在核心模块上提供简单的LCD12864液晶进行执行机构状态及数据显示，用以在手动控制的情况下及时观察到设备的运行情况。
二、硬件电路设计
（一）硬件的选取
本设计人机交互界面采用电脑安装组态王6.55版软件作为上位机软件，6.55版组态王适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短。主控芯片采用LM3S-2948芯片，集成CAN控制器、睡眠模块、正交编码器、ADC、模拟比较器、UART、SSI、通用定时器，I2C、CCP等外设。传感器包括温湿度传感器、土壤温湿度传感器、CO2气体传感器。温湿度传感器采用瑞士盛世瑞恩公司生产的SHT10温湿度传感器，该传感器是一款温湿度复合传感器，含有已校准数字信号输出。传感器内部包括测湿元件和测温元件；土壤型温湿度探头采用原装进口温湿度传感器为核心部件，可直接连接单片机使用。全量程标定，两线数字输出；湿度测量范围：0～100%RH；温度测量范围：-40～+123.8℃；可完全浸没。
（二）CO2气体检测
在CO2气体检测中采用MG811型CO2气体传感器，该传感器采用固体电解质电池原理，当传感器置于CO2气体中时，该传感器元件的加热电压由外电路提供，当其表面温度足够高时，元件相当于一个电池，其两端会输出一个电压信号，其值与能斯特方程符合较好。在本设计中自行设计了一个CO2发生装置，通过控制伺服阀门来控制反应所产生的气体量，使其达到适合大棚内作物生长的CO2浓度为800ppm至1500ppm百分比浓度，从而达到植物生长的最佳浓度。
（三）光照强度检测
光照强度是植物的生长速度的一个重要参数，即植物表面吸收光辐射能的量，并非取决于光源数量。本设计通过光敏电阻检测温室外环境光线强度，并通过A/D转换输入单片机，以便于系统自动控制，温室内部照明的意义在于延长一天内足够多的光照强度，对生长期和秧苗质量有巨大的影响。使用人造光源时，我们必须要选择最接近于满足植物光合作用条件的自然光。研究表明在波长为400~520nm的蓝色光和波长为610~720nm的红色光对光合作用影响最大。本设计采用红色和蓝色的高亮LED作为补充光照的光源。通过光敏电阻感知环境的光强度，从而确定是否补光，并且还可以人工设定补光的时间。
三、系统软件设计
系统软件采用模块化设计，系统上电后各个模块开始自身初始化操作，初始化成功后通过485总线向主控模块发送初始化成功数据；主机上电后驱动工业触摸屏进行显示操作，并且等待各个模块发送初始化成功数据，等待30秒后进入正常工作状态，以免造成启动失败，如果有模块异常产生，则会在触摸屏上显示，并发出报警信号，以便操作者检修。
四、结语
本设计将工业触摸屏等工控组态应用到农业大棚的系统控制上，达到了准确控制农作物所需要的最佳状态，工业触摸屏能够友好的显示各项参数和方便控制，采用4芯屏蔽电缆进行电源的输送和485总线数据的传输，方便各个传感器和控制机构的连接。该系统经过实验室模拟控制能够达到植物生长标准，并且安装到学校育花温室内，连续运行1个月，运行状态良好。
作者：付兴烨 单位：绥化学院电气工程学院
