2 温室控制系统硬件设计
硬件系统设计尽可能选择典型电路，并符合单片机的常规用法，为硬件系统的标准化、模块化打下良好基础。硬件结构结合应用软件方案一并考虑，硬件结构与软件方案会产生相互影响，考虑的原则是： 软件能实现的功能尽可能由软件来实现，以简化硬件结构。但必须注意，由软件实现的功能，其响应时间要比直接用硬件实现来得长，而且占用CPU 时间。因此，选择方案时，要考虑到这些因素，整个系统中相关的器件要尽可能做到匹配。
2. 1 电源电路设计
电源电路的主要功能是提供采集模块和控制模块的芯片电能供给。需求有单片机所需数字电压3. 3v，传感器所需电压5v、12v。以及模拟保护电压3. 3av。具体电路如图2 所示。
图2 电源设计电路图
2. 2 RS -485 通信接口电路设计
RS - 485 接口电路的主要功能是将来自微处理器的发送信号TXD 通过“发送器”转换成通讯网络中的差分信号，也可以将通讯网络中的差分信号通过“接收器”转换成被微处理器接收的RXD 信号。任一时刻，RS - 485 收发器只能够工作在“接收”或“发送”两种模式之一，因此，必须为RS - 485 接口电路增加一个收/发逻辑控制电路。在实际应用中，电路中光耦器件的响应速率将会影响RS - 485 电路的通讯速率。因而，可根据具体需要选用响应速度较快的光耦器件6N136。6N136 是日本东芝公司生产的具有优良特性的光电耦合器件，封装了一个高度红外发光管和光敏三极管。6N136 具有体积小、寿命长、抗干扰性强、隔离电压高、高速度、与TTL 逻辑电平兼容等优点。具体电路如图3 所示。
图3 RS - 485 接口电路图
3 系统硬件抗干扰设计
在硬件电路的干扰主要有信号线相互之间的串扰，多点接地造成的电位差，寄生震荡，元件热噪声，触点电势的影响，相邻回路之间的耦合，数字地和模拟地的影响等。本系统中主要在以下的几个方向进行具体的硬件抗干扰设计。
3. 1 电源
电源的抗干扰设计是系统硬件抗干扰的关键。电源做得好，整个电路的抗干扰就解决了一大半。因采集单元和控制单元的功耗较小，对于需求的12V、5V、3. 3V 的直流电源都选用高性能的常用直流电压转换芯片实现。且对三级电压需求逐级串联用极性电容稳压，这样得到的3. 3V 稳压电源性能更好。系统选用的工作电压需求在2. 7V - 3. 6V 的单片机提供高质量直流电源，以减少电源噪声对单片机的干扰。结构如图4所示。
图4 电源结构图
3. 2 接口电路
接口电路的抗干扰，主要是抑制干扰源，即尽可能减少干扰源的du /dt 和di /dt。减小du /dt 最有效的方法是在干扰源的两端并联电容，而减小di /dt 则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管等。
( 1) A/D 输入通道
A/D 输入通道并接RC 吸收电路，以消除干扰源的du /dt 影响。因采集单元的A/D 转换基准电压选用3. 3v。设计时使用二极管分别接通3. 3v 和大地以进行限幅保护。通过接地以获得准确的测量值。具体电路如图5 所示。
图5 A/D 转换接口电路
( 2) 继电器控制输出
控制继电器应消除线圈断开时的反电势干扰，系统设计使用光耦隔离来抑制继电器可能引发干扰的侵入。光电耦合是一种光电结合器件，输入端是发光器件( 发光二机管) ，输出端由光接受器件( 光敏三极管)组成。当工作电流达到发光二极管工作电流时，二极管将电信号转换成光信号，光敏三极管接收发光二极管发出的光信号，并将它转换成电信号，整个传输过程是通过一种电—光—电的转换完成的，在电路上是完全隔离的。系统设计继电器隔离通道如图6 所示。
图6 继电器隔离通道
3. 3 电路板设计
合理设计系统电路板，能有效地切断干扰的传播途径和抑制干扰源，同时还可以提高敏感元件( 如单片机、数字IC、A/D、D/A 等容易被干扰的对象) 的抗干扰能力[7]。本系统设计主要采取如下措施：
( 1) 电路板合理分区，如强、弱信号，数字、模拟信号分区。尽可能使干扰源远离敏感元件。大功率器件尽量布置在电路板的边缘。
( 2) 布线时尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声; 电源线和地线要尽量粗，除减小压降外，更重要的是降低耦合噪声。
( 3) 不用的单片机管脚，一律通过上拉电阻接电源。
( 4) 晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。
( 5) 用地线把数字区与模拟区隔离，数字地与模拟地要分离，最后接于电源地一点汇集，呈“星形”状。
( 6) 信号线的截面按压降的原则来选择。测控装置的信号线中传输的多是弱电流信号，信号线上尽管电流不大，但一般都较长，如果线径过细，势必造成压降过大。利用电路板空间，系统中选择较大直径布线。
4 结束语
根据温室智能控制系统设计功能需求，设计系统三级控制结构。依据系统技术指标选择合适的温室参数传感器、数据采集器和控制器，分析通信功能选择RS485 通信协议。确定硬件电路以及抗干扰措施，确保系统功能。系统自2010 年4 月份在宁夏国家经济林木种苗快繁工程技术研究中心E1 温室投入运行以来，各项指标都达到设计要求，效果良好。
