本發(fā)明涉及一種農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的環(huán)境控制技術(shù)，具體為一種溫室環(huán)境云控制系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

溫室環(huán)境的控制屬于智慧農(nóng)業(yè)的一部分，在滿足城市消費(fèi)群體需求、減輕種植業(yè)風(fēng)險(xiǎn)、充分利用自然光源、推廣農(nóng)業(yè)先進(jìn)技術(shù)方面具有重要的作用。溫室環(huán)境作為被控過程，除了具有復(fù)雜過程多變量、大滯后、非線性、強(qiáng)耦合的特性外，還具有兩個(gè)鮮明的特性：一是被控變量(如溫度、濕度、二氧化碳、光照等)的數(shù)目常常多于操作變量(天窗開度、噴水量等)的數(shù)目，屬于典型的非方控制系統(tǒng)(非方瘦系統(tǒng))；二是被控變量具有區(qū)間控制的要求，即不必進(jìn)行點(diǎn)值的精確控制。因此在控制算法的研究上，除了常規(guī)復(fù)雜系統(tǒng)控制的要求外，還要滿足非方瘦系統(tǒng)區(qū)間控制的特殊要求。

目前市場的溫室環(huán)境控制系統(tǒng)普遍存在以下缺點(diǎn)：

(1)現(xiàn)有的溫室環(huán)境控制系統(tǒng)，其控制器安裝在溫室環(huán)境現(xiàn)場，如采用先進(jìn)控制算法對(duì)溫室環(huán)境進(jìn)行控制，則對(duì)控制器的硬件配置要求高，導(dǎo)致控制系統(tǒng)成本提高；控制算法的切換或升級(jí)過程復(fù)雜繁瑣，無法實(shí)現(xiàn)在線無擾切換或升級(jí)；無法實(shí)現(xiàn)控制算法的在線優(yōu)化控制。

(2)現(xiàn)有的溫室環(huán)境控制系統(tǒng)，控制終端和數(shù)據(jù)終端的通道數(shù)目相對(duì)固定，很難根據(jù)溫室環(huán)境參數(shù)分布式的特點(diǎn)靈活擴(kuò)展數(shù)據(jù)采集和控制通道，不適合溫室環(huán)境分布式數(shù)據(jù)采集和控制的要求；

(3)現(xiàn)場被控變量除了具有滯后性、耦合性等特點(diǎn)外，還具有非方瘦系統(tǒng)區(qū)間控制的特點(diǎn)，即被控變量多于操作變量，且不必進(jìn)行點(diǎn)值的精確控制，而目前市場上的設(shè)備均沒有考慮上述溫室環(huán)境的的特點(diǎn)，皆采用一對(duì)一的常規(guī)精確控制方式，不能按照需要進(jìn)行多回路的區(qū)間進(jìn)行，因此導(dǎo)致控制回路動(dòng)作頻繁，能耗大，也不能達(dá)到精確控制的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有溫室環(huán)境控制系統(tǒng)控制靈活性差、無法進(jìn)行控制算法的無擾切換或升級(jí)、不能按區(qū)間要求進(jìn)行控制等不足，本發(fā)明要解決的問題是提供一種可實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境分布式參數(shù)測量、實(shí)現(xiàn)設(shè)定值區(qū)間控制、增強(qiáng)控制靈活性的溫室環(huán)境云控制系統(tǒng)及其控制方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明一種溫室環(huán)境云控制系統(tǒng)，包括云控制端、被控過程端、客戶監(jiān)控端以及管理端，其中：

云控制端，運(yùn)行控制算法及數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)；

被控過程端，與云控制端進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊，執(zhí)行整個(gè)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和控制功能；

客戶監(jiān)控端，安裝app監(jiān)控軟件的移動(dòng)終端，通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)接入遠(yuǎn)方云控制端；

管理端，通過互聯(lián)網(wǎng)接入遠(yuǎn)方云控制端，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的云端管理。

被控過程端包括中心控制器和遠(yuǎn)程通信模塊，中心控制器通過數(shù)據(jù)接口接收溫室環(huán)境中各種環(huán)境變量的數(shù)據(jù)，通過遠(yuǎn)程通信模塊與云控制端進(jìn)行通訊。

所述被控過程端還具有數(shù)據(jù)終端及局域網(wǎng)通信模塊，數(shù)據(jù)終端的輸入接口接有各類傳感器，數(shù)據(jù)終端通過局域網(wǎng)通信模塊與中心控制器進(jìn)行通訊連接；

或者，被控過程端還具有控制終端，控制終端通過局域網(wǎng)通信模塊與中心控制器進(jìn)行無線通訊。

控制終端的輸入輸出接口接有執(zhí)行器模塊，執(zhí)行器模塊包括繼電器電路和pwm信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路，分別控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。

本發(fā)明一種溫室環(huán)境云控制系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

1)在被控過程端，中心控制器以設(shè)定的周期進(jìn)行現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)的采集、濾波，對(duì)分布在不同位置的采集器進(jìn)行查詢，接收采集器的回傳數(shù)據(jù)；

2)在云控制端，云控制器以設(shè)定的周期通過遠(yuǎn)程gprs信道對(duì)被控過程端在線的中心控制器進(jìn)行查詢，中心控制器收到查詢信號(hào)之后將最近一次的數(shù)據(jù)發(fā)送至云控制器；

3)云控制器將接到的數(shù)據(jù)解析，分別送至數(shù)據(jù)庫和控制算法庫；數(shù)據(jù)庫將數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存以便分析及查詢；控制算法庫調(diào)用相應(yīng)控制回路的控制算法，即非方瘦系統(tǒng)區(qū)間控制算法，根據(jù)當(dāng)前環(huán)境參數(shù)與設(shè)定參數(shù)計(jì)算得到控制量；

4)上述控制量一方面通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給被控過程端的中心控制器，另一方面送到數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行存儲(chǔ)記錄，便于管理員對(duì)控制策略進(jìn)行分析、優(yōu)化與修改；

5)被控過程端的中心控制器接收到控制信號(hào)后，將屬于自身控制通道的控制量施加給控制回路執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作；將屬于控制終端通道的控制量發(fā)送給相應(yīng)的控制終端，由控制終端施加給相應(yīng)的控制回路執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)基于云控制器的閉環(huán)反饋控制。

非方瘦系統(tǒng)區(qū)間控制算法包括以下步驟：

301)根據(jù)系統(tǒng)輸出序列采樣值aij(1),aij(2),…,aij(n)組成階躍響應(yīng)模型aij，并組成系統(tǒng)動(dòng)態(tài)矩陣a，采用

ypm(k)＝y(tǒng)p0(k)+aδum(k)(3)

作為預(yù)測模型，求得預(yù)測輸出；

其中：

aij(n)表示在第n個(gè)采樣時(shí)刻輸出變量yi對(duì)不同控制變量uj的階躍響應(yīng)系數(shù)；

k為當(dāng)前時(shí)刻；

ypm(k)為當(dāng)前時(shí)刻k的模型預(yù)測輸出矢量；

yp0(k)為當(dāng)前時(shí)刻k的初始模型輸出矢量，

δum(k)為當(dāng)前時(shí)刻k最優(yōu)區(qū)間控制增量序列；

302)用戶通過人機(jī)交互界面設(shè)定輸出變量yi的期望區(qū)間[εi,min,εi,max](i＝1,2,…,r)和極限約束區(qū)間[yi,min,yi,max](i＝1,2,…,r)，以及控制變量uj的約束區(qū)間，根據(jù)期望區(qū)間[εi,min,εi,max](i＝1,2,…,r)的可放松程度，通過界面設(shè)定可調(diào)整約束的優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)越高，相應(yīng)輸出量的區(qū)間可調(diào)整度越大；εi,min為輸出變量yi的期望區(qū)間最小值，εi,max為輸出變量yi的期望區(qū)間最大值，yi,min,yi,max分別為輸出變量yi可以達(dá)到的極限最小值和最大值；uj,min,uj,max分別為控制變量uj的最小值和最大值；r為輸出變量個(gè)數(shù)，s為輸入變量個(gè)數(shù)；

303)判斷輸出期望區(qū)間是否可行，若可行，將采集得到當(dāng)前環(huán)境因子值并與控制區(qū)間進(jìn)行比較，設(shè)控制性能指標(biāo)為：

性能指標(biāo)中，||δum(k)||r²＝[δum(k)]^tr[δum(k)]；k為當(dāng)前時(shí)刻；ypm(k)為k時(shí)刻模型預(yù)測輸出值矢量；α、β為動(dòng)態(tài)參考軌跡；δum(k)為k時(shí)刻控制量變化量矢量；q1,q2,r為正定的權(quán)值矩陣；k+t|k表示在當(dāng)前時(shí)刻k對(duì)未來第t個(gè)時(shí)刻的狀態(tài)預(yù)測；k+l為當(dāng)前時(shí)刻k起的未來第l個(gè)時(shí)刻；umax為控制量u的最大值，umin為控制量u的最小值；δumax,δumin分別為控制量u每個(gè)控制時(shí)刻變化量的最大值和最小值，ymax,ymin分別為輸出量的最大值和最小值；εmax,εmin分別為輸出變量期望區(qū)間的最大值和最小值；q1，q2的相對(duì)大小決定輸出量違反下邊界或上邊界后的回拉作用的大??；若輸出量保持在區(qū)間內(nèi)但震蕩變化，可以增大正定權(quán)值矩陣r；

304)根據(jù)控制量求得的輸出預(yù)測值，在預(yù)測模型輸出的基礎(chǔ)上用實(shí)際輸出誤差進(jìn)行反饋校正，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)預(yù)測，即

yc(k)＝y(tǒng)pm(k)+le(k)(9)

ypm(k+1)＝y(tǒng)c(k)(10)

其中：

k為當(dāng)前時(shí)刻；

k+1時(shí)刻為下一時(shí)刻；

yc(k)為校正后當(dāng)前時(shí)刻k的模型預(yù)測輸出；

ypm(k)為k時(shí)刻預(yù)測模型，p表示預(yù)測時(shí)域，m表示控制時(shí)域；

l＝[1,1,…,1]^t∈r^rp×1，表示l為r×p行1列的全1向量，r為輸出變量的個(gè)數(shù)；

e(k)＝y(tǒng)(k)-ym(k)，為系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)刻k時(shí)實(shí)際輸出y(k)與預(yù)測輸出ym(k)的差；y(k)為系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)刻k時(shí)的實(shí)際輸出值；ym(k)為當(dāng)前時(shí)刻k時(shí)的模型預(yù)測輸出值。

判斷輸出期望區(qū)間步驟為：

設(shè)定系統(tǒng)控制量的穩(wěn)態(tài)值為us，輸出量的穩(wěn)態(tài)值ys，穩(wěn)態(tài)增益矩陣為gs，若存在us和ys滿足：

則稱期望區(qū)間可行；

其中，ys為輸出量的穩(wěn)態(tài)值；us為控制量的穩(wěn)態(tài)值；umax,umin分別為控制量u的最大值和最小值矢量；δεmax,δεmin分別為最大約束值εmax和最小約束值εmin的調(diào)整量；δ為區(qū)間調(diào)整量的解；上角標(biāo)t代表向量或矩陣的轉(zhuǎn)置。

如果判斷輸出期望區(qū)間不可行，程序根據(jù)優(yōu)先級(jí)設(shè)置相應(yīng)的約束調(diào)整量權(quán)值ci，再求解得到一組約束調(diào)整量的解δ＝[δε^tmin,δε^tmax]^t，給出滿足極限區(qū)間[yi,min,yi,max]的調(diào)整后可行目標(biāo)區(qū)間[εi,min,εi,max]^t+δ，δεmin,δεmax分別表示最大約束值εmax和最小約束值εmin的調(diào)整量；yi,min,yi,max分別為輸出變量yi的極限區(qū)間的最大值和最小值，εi,min,εi,max分別為輸出變量yi的期望區(qū)間最小值和最大值，上角標(biāo)t代表向量或矩陣的轉(zhuǎn)置。

將公式(4)轉(zhuǎn)化為求解線性規(guī)劃：

其中：

w為最優(yōu)解；

為系數(shù)矩陣，i為全1矩陣，0為全零矩陣，gs為穩(wěn)態(tài)增益矩陣；

為增廣變量矩陣，x1,x2,x3,x4為依據(jù)輸入量和輸出量而設(shè)定的中間變量；δ為區(qū)間調(diào)整量的解；上角標(biāo)t代表向量或矩陣的轉(zhuǎn)置；

z為z的元素；

x1＝us-umin，us為控制量u的穩(wěn)態(tài)值；umin為控制量u的最小值；

x2＝umax-us，umax為控制量u的最大值；

x3＝gsus-εmin+δεmin，εmin為輸出變量期望區(qū)間的最小值，δεmin為εmin的調(diào)整量；

x4＝εmax-gsus+δεmax，εmax為輸出變量期望區(qū)間的最大值，δεmax為εmax的調(diào)整量；

為轉(zhuǎn)換區(qū)間矩陣；

權(quán)值c^t＝[c1…c2s]為1行2s列的向量，s為輸出量個(gè)數(shù)；c反映δ中的元素δi的可調(diào)程度，輸出變量yi優(yōu)先級(jí)越高，ci越小，可接受調(diào)整量越大；對(duì)硬約束yj可置cj為充分大的正數(shù)；該線性規(guī)劃若有最優(yōu)解wmin＝0，則說明原期望區(qū)間是可行的，不需要調(diào)整；若求得wmin＞0，說明原期望區(qū)間需要加入調(diào)整量δ；

經(jīng)用戶與計(jì)算機(jī)多次協(xié)調(diào)后，最終調(diào)整量δ＝0，此時(shí)目標(biāo)區(qū)間是可行的，同時(shí)能找到一個(gè)穩(wěn)態(tài)解ys，即非方瘦系統(tǒng)存在穩(wěn)定解。

經(jīng)推導(dǎo)后性能指標(biāo)可轉(zhuǎn)換為如下二次規(guī)劃：

s.t.dx≤d

其中：

為增廣的待求解量，δum(k)為k時(shí)刻控制量變化量矢量；α、β為動(dòng)態(tài)參考軌跡；

為二次項(xiàng)系數(shù)矩陣，a為階躍響應(yīng)系數(shù)矩陣，q1,q2,r為正定的權(quán)值矩陣，上角標(biāo)t代表向量或矩陣的轉(zhuǎn)置；

為一次項(xiàng)系數(shù)矩陣，yp0(k)為k時(shí)刻的穩(wěn)態(tài)輸出值；

設(shè)b0為m行m列下三角1矩陣，m為控制時(shí)域；

b＝diag(b0,b0,…,b0)∈r^sm×sm，b為以b0為對(duì)角線元素的sm行sm列矩陣，s為輸出變量個(gè)數(shù)；

則為系數(shù)矩陣，ι為單位矩陣，-ι為負(fù)的單位矩陣，0為零矩陣，s為輸出變量個(gè)數(shù)，r為輸入變量個(gè)數(shù)，m為控制時(shí)域，p為預(yù)測時(shí)域；

為范圍矩陣，k表示當(dāng)前時(shí)刻，k-1表示前一時(shí)刻，ymax表示輸出量的最大值矢量，yp0(k)為當(dāng)前時(shí)刻k的模型預(yù)測輸出初始矢量，ymin表示輸出量的最小值矢量，umax為控制量的最大值矢量，umin為控制量的最小值矢量，u(k-1)表示前一時(shí)刻的控制量，δumax,δumin分別為控制量u每個(gè)控制時(shí)刻變化量的最大值和最小值，εmax,εmin分別為輸出變量期望區(qū)間的最大值和最小值。

取其中的即時(shí)控制增量δu(k)構(gòu)成控制量u(k)＝u(k-1)+δu(k)施加于被控對(duì)象，根據(jù)類似的優(yōu)化問題遞推求出下一時(shí)刻k+1時(shí)的控制增量δu(k+1)，即

u(k)＝u(k-1)+(1,0,…,0)δum(k)(8)

其中u(k)為當(dāng)前時(shí)刻k的控制量，u(k-1)為前一時(shí)刻k-1的控制量，δum(k)為k時(shí)刻控制量的變化量；

本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明將控制算法庫、數(shù)據(jù)庫均置于遠(yuǎn)方的“云”中，構(gòu)成云控制器，利用云強(qiáng)大的計(jì)算能力完成復(fù)雜控制算法的快速計(jì)算、不同控制算法的無擾動(dòng)快速切換、優(yōu)化算法的實(shí)時(shí)計(jì)算，以及大規(guī)模數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，被控過程端只需要通過高速遠(yuǎn)程通訊信道，發(fā)送現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)和接收遠(yuǎn)方控制信號(hào)即可，降低控制系統(tǒng)的軟硬件配置要求，簡化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)系統(tǒng)擴(kuò)展的靈活性，從而明顯降低了系統(tǒng)成本，更好地服務(wù)于溫室環(huán)境下的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

2.本發(fā)明以溫室環(huán)境為被控過程，基于非方瘦系統(tǒng)區(qū)間控制方法，對(duì)溫室環(huán)境進(jìn)行區(qū)間控制，使控制系統(tǒng)具有在線解耦、滾動(dòng)優(yōu)化、反饋校正等優(yōu)良性能，適應(yīng)溫室環(huán)境的實(shí)際需求，使執(zhí)行結(jié)構(gòu)動(dòng)作頻率降低，從而達(dá)到減少機(jī)構(gòu)磨損、節(jié)能降耗、使過程達(dá)到“滿意控制”的目的。

附圖說明

圖1為本發(fā)明溫室環(huán)境云控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明溫室環(huán)境云控制系統(tǒng)中心控制器電路圖；

圖3為本發(fā)明溫室環(huán)境云控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)終端電路圖；

圖4為本發(fā)明具溫室環(huán)境云控制系統(tǒng)控制終端電路圖；

圖5為本發(fā)明溫室環(huán)境云控制系統(tǒng)中心控制器電氣結(jié)構(gòu)框圖；

圖6為本發(fā)明溫室環(huán)境云控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)終端電氣結(jié)構(gòu)框圖；

圖7為本發(fā)明溫室環(huán)境云控制系統(tǒng)控制終端電氣結(jié)構(gòu)框圖；

圖8a為本發(fā)明溫室環(huán)境云控制系統(tǒng)中云控制器軟件流程圖；

圖8b為圖8a的中心控制器接入服務(wù)器子流程圖；

圖9a為本發(fā)明溫室環(huán)境云控制系統(tǒng)中心控制器軟件流程圖；

圖9b為圖9a的通信模塊初始化流程圖；

圖9c為圖9a的云端信息解析過程流程圖；

圖9d為圖9a的局域網(wǎng)信息解析過程流程圖；

圖10a為本發(fā)明溫室環(huán)境云控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)終端軟件流程圖；

圖10b為圖10a的傳感器信息采集濾波流程圖；

圖11為本發(fā)明溫室環(huán)境云控制系統(tǒng)控制終端軟件流程圖；

圖12為本發(fā)明溫室環(huán)境云控制系統(tǒng)區(qū)間控制算法流程圖；

圖13為本發(fā)明溫室環(huán)境云控制系統(tǒng)區(qū)間控制算法預(yù)測控制方法曲線圖解。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。

本發(fā)明一種溫室環(huán)境云控制系統(tǒng)，包括云控制端、被控過程端、客戶監(jiān)控端以及管理端，其中：

云控制端，運(yùn)行控制算法及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息；

被控過程端，與云控制端進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊，執(zhí)行整個(gè)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和控制功能；

客戶監(jiān)控端，安裝app監(jiān)控軟件的移動(dòng)終端，通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)接入遠(yuǎn)方云控制端；

管理端，通過互聯(lián)網(wǎng)接入遠(yuǎn)方云控制端，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的云端數(shù)據(jù)管理。

如圖1所示，本發(fā)明一種溫室環(huán)境云控制系統(tǒng)主要分為四大部分，第一部分為云控制端，第二部分為被控過程端，第三部分為客戶監(jiān)控端，第四部分為管理端。

所述云控制端由控制算法庫、數(shù)據(jù)庫和服務(wù)器軟件組成。其中控制算法庫主要存放控制算法——非方瘦系統(tǒng)區(qū)間控制算法；數(shù)據(jù)庫按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來組織、存儲(chǔ)和管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并管理系統(tǒng)用戶信息；服務(wù)器軟件主要對(duì)云端軟件，即控制算法庫和數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理，協(xié)調(diào)各部分之間的工作。

所述被控過程端完成整個(gè)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和控制執(zhí)行功能，由中心控制器及遠(yuǎn)程通信模塊組成。中心控制器通過數(shù)據(jù)接口接收溫室環(huán)境中各種環(huán)境變量的數(shù)據(jù)，通過遠(yuǎn)程通信模塊與云控制端進(jìn)行通訊。

中心控制器集數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程通信、局域網(wǎng)通信和執(zhí)行器功能于一體，在不需要擴(kuò)展的情況下可以單獨(dú)使用，也可以有多個(gè)中心控制器組成局域網(wǎng)。

遠(yuǎn)程通信模塊通過gprs通訊信道接入云端，完成與云控制端的采集數(shù)據(jù)上傳和控制信息下傳的雙向信息傳輸；執(zhí)行器用于完成云控制端下傳控制量對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)作用。

所述客戶監(jiān)控端為手機(jī)app監(jiān)控軟件，通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)接入遠(yuǎn)方云控制端。用于用戶監(jiān)控當(dāng)前溫室環(huán)境數(shù)據(jù)，同時(shí)可以完成環(huán)境參數(shù)設(shè)定、以及部分應(yīng)急的控制操作等操作。

所述管理端完成整個(gè)系統(tǒng)的云端數(shù)據(jù)管理，由pc計(jì)算機(jī)管理軟件組成，通過互聯(lián)網(wǎng)接入遠(yuǎn)方云控制端。管理人員通過計(jì)算機(jī)登錄云端，登錄后通過服務(wù)器軟件完成控制算法編寫、掛載和上傳，控制算法參數(shù)的調(diào)整，數(shù)據(jù)庫備份或清空等操作。

為了適應(yīng)溫室環(huán)境各類數(shù)據(jù)多輸入的要求，需對(duì)中心控制器的輸入通道進(jìn)行擴(kuò)展，因此本發(fā)明中的被控過程端還可以具有一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)終端，其輸入接口接有各類傳感器，通過局域網(wǎng)通信模塊與中心控制器進(jìn)行通訊連接。數(shù)據(jù)終端負(fù)責(zé)采集溫室環(huán)境數(shù)據(jù)，通過無線網(wǎng)絡(luò)與中心控制器進(jìn)行通訊，使用電池方式供電，便于安裝和使用。

另外，被控過程端還可以具有一個(gè)或多個(gè)控制終端，控制終端通過局域網(wǎng)通信模塊與中心控制器進(jìn)行無線通訊。控制終端用于接收中心控制器傳送來的控制信號(hào)，是對(duì)中心控制器控制通道的擴(kuò)展。

如圖2、5所示，本實(shí)施例中，中心控制器系統(tǒng)電路由pic18f46k22處理器、下載器接口、兩路串口轉(zhuǎn)485電路、lcd電路、iic接口、模擬量輸入電路、繼電器電路以及驅(qū)動(dòng)電路組成。其中，gprs模塊和wifi模塊分別通過兩路串口轉(zhuǎn)485電路與pic核心模塊進(jìn)行信息交互，組成遠(yuǎn)程通信信道和局域無線通信信道；二氧化碳傳感器、光照強(qiáng)度傳感器均通過iic接口將環(huán)境信息傳送至pic18f46k22處理器中；模擬量輸入電路由低通濾波電路和電壓跟隨器構(gòu)成，由于溫室環(huán)境是大滯后過程，因此各參數(shù)的變化是比較緩慢的，采用截止頻率為10hz的rc低通濾波對(duì)輸入的模擬量進(jìn)行硬件濾波，同時(shí)，電壓跟隨電路將會(huì)把濾波后的模擬量1:1送入單片機(jī)內(nèi)，這樣既能保證輸入信號(hào)的真實(shí)性，又能隔離外部的干擾，空氣溫濕度變送器、土壤溫濕度變送器均通過該電路將采集到的環(huán)境信息傳送給pic18f46k22處理器；繼電器電路使用hjr4102e-l-05v作為繼電器，數(shù)字量控制繼電器狀態(tài)，使用p521光耦進(jìn)行單片機(jī)電路與繼電器電路之間的隔離，防止繼電器電路的擾動(dòng)對(duì)單片機(jī)的穩(wěn)定性造成干擾；驅(qū)動(dòng)電路是由四個(gè)cmos管組成的全橋驅(qū)動(dòng)電路，單片機(jī)通過輸出兩路pwm波控制執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)正/反雙向動(dòng)作。

本實(shí)施例中，單片機(jī)通過兩個(gè)485接口與gprs模塊和wifi模塊進(jìn)行通信，其中g(shù)prs模塊用于連接“云控制器”，發(fā)送現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)值和接收控制算法計(jì)算出的控制量；wifi模塊用于產(chǎn)生局域網(wǎng)中的服務(wù)器節(jié)點(diǎn)，用于組網(wǎng)；數(shù)字量變送器輸出的數(shù)字量通過iic協(xié)議與單片機(jī)直接通信，而模擬量變送器通過板載adc電路輸入單片機(jī)內(nèi)；在控制執(zhí)行器方面，單片機(jī)通過自身的io口進(jìn)行繼電器電路的控制，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行器的開關(guān)控制，通過自身功能引腳產(chǎn)生的pwm波控制驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)部分執(zhí)行器的連續(xù)調(diào)節(jié)；顯示電路中，單片機(jī)與lcd液晶屏通過spi協(xié)議進(jìn)行通信，顯示當(dāng)前的環(huán)境參數(shù)。

如圖3、6所示，數(shù)據(jù)終端系統(tǒng)電路由pic18f4620處理器、下載器接口、串口轉(zhuǎn)485電路、lcd電路、iic接口和模擬量輸入電路組成。其中，wifi模塊通過串口轉(zhuǎn)485電路與pic18f4620處理器進(jìn)行信息交互，組成局域無線通信信道；二氧化碳傳感器、光照強(qiáng)度傳感器均通過iic接口將環(huán)境信息傳送至pic18f4620處理器；模擬量輸入電路由低通濾波電路和電壓跟隨器組成，由于溫室環(huán)境是大滯后過程，因此各參數(shù)的變化是比較緩慢的，采用截止頻率為10hz的rc低通濾波對(duì)輸入的模擬量進(jìn)行硬件濾波，同時(shí)，電壓跟隨電路將會(huì)把濾波后的模擬量1:1送入pic18f4620處理器，這樣保證輸入信號(hào)的真實(shí)性的同時(shí)隔離外部的干擾；空氣溫濕度變送器、土壤溫濕度變送器均通過該電路將采集到的環(huán)境信息傳送給pic18f4620處理器。

本實(shí)施例中，單片機(jī)通過串口轉(zhuǎn)485的方式與wifi模塊進(jìn)行通信，此時(shí)wifi模塊作為客戶端，可以接入到局域網(wǎng)中與中心控制器的wifi模塊進(jìn)行通信；數(shù)字量變送器輸出的數(shù)字量通過iic協(xié)議與單片機(jī)直接通信，而模擬量變送器通過板載adc電路輸入單片機(jī)內(nèi)。在數(shù)據(jù)終端，可以通過lcd和按鍵進(jìn)行接入傳感器種類的設(shè)置，提高了整個(gè)系統(tǒng)的靈活性和可維護(hù)性。

如圖4、7所示，控制終端系統(tǒng)電路由pic18f4620處理器、下載器接口、串口轉(zhuǎn)485電路、lcd液晶電路、繼電器電路和驅(qū)動(dòng)電路組成。其中，wifi模塊通過串口轉(zhuǎn)485電路與pic18f4620處理器進(jìn)行信息交互，組成局域無線通信信道；繼電器電路使用hjr4102e-l-05v作為繼電器，數(shù)字量控制繼電器狀態(tài)，使用p521光耦進(jìn)行單片機(jī)電路與繼電器電路之間的隔離，防止繼電器電路的擾動(dòng)對(duì)單片機(jī)的穩(wěn)定性造成干擾；驅(qū)動(dòng)電路是由四個(gè)cmos管組成的全橋驅(qū)動(dòng)電路，單片機(jī)通過輸出兩路pwm波控制執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)正/反雙向動(dòng)作。

本實(shí)施例中，單片機(jī)通過串口轉(zhuǎn)485的方式與wifi模塊進(jìn)行通信，此時(shí)wifi模塊作為客戶端，可以接入到局域網(wǎng)中與中心控制器的wifi模塊進(jìn)行通信；同時(shí)，單片機(jī)一方面會(huì)通過自身io口對(duì)繼電器電路進(jìn)行開關(guān)量的控制，另一方面會(huì)通過自身功能引腳產(chǎn)生pwm信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行器的連續(xù)調(diào)節(jié)。在數(shù)據(jù)終端，可以通過lcd和按鍵進(jìn)行具體控制電路的選擇，提高了整個(gè)系統(tǒng)的靈活性和可維護(hù)性。

本發(fā)明一種溫室環(huán)境云控制系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

1)在被控過程端，中心控制器以設(shè)定的周期進(jìn)行現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)的采集、濾波，對(duì)分布在不同位置的采集器進(jìn)行查詢，接收采集器的回傳數(shù)據(jù)；

2)在云控制端，云控制器以設(shè)定的周期通過遠(yuǎn)程gprs信道對(duì)被控過程端在線的中心控制器進(jìn)行查詢，中心控制器接收查詢信號(hào)后將最近一次的數(shù)據(jù)發(fā)送至云控制器；

3)云控制器將接到的數(shù)據(jù)解析，分別送至數(shù)據(jù)庫和控制算法庫；數(shù)據(jù)庫將數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存以便分析及查詢；控制算法庫調(diào)用相應(yīng)控制回路的控制算法，即非方瘦系統(tǒng)區(qū)間控制算法，根據(jù)當(dāng)前環(huán)境參數(shù)與設(shè)定參數(shù)計(jì)算得到控制量；

4)上述控制量一方面通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給被控過程端的中心控制器，另一方面送到數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行存儲(chǔ)記錄，便于管理員對(duì)控制策略進(jìn)行分析、優(yōu)化與修改；

5)被控過程端的中心控制器接收到控制信號(hào)后，將屬于自身控制通道的控制量施加給控制回路執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作；將屬于控制終端通道的控制量發(fā)送給相應(yīng)的控制終端，由控制終端施加給相應(yīng)的控制回路執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)基于云控制器的閉環(huán)反饋控制。

如圖8a、8b所示，為“云控制器”軟件流程圖，其控制過程包括以下步驟：

201)在“云控制器”端，管理軟件會(huì)一直判斷是否有被控過程端的中心控制器接入服務(wù)器，具體分為：

201a)管理軟件對(duì)幀聽socket進(jìn)行監(jiān)聽；

201b)檢查是否有接入請求，是則進(jìn)行下一步，否則返回；

201c).獲取到請求端的ip地址并建立新的socket與該ip地址進(jìn)行綁定，此時(shí)“云控制器”就與該ip(中心控制器的gprs模塊中的網(wǎng)絡(luò)ip)建立了鏈接；

201d)把步驟201c)中的socket加入到查詢的隊(duì)列中，此時(shí)管理軟件就可以通過該socket與請求端(中心控制器)進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信了；

202)在“云控制器”端，管理軟件以設(shè)定的時(shí)間周期t(人工設(shè)定)通過socket向中心控制器端發(fā)送查詢指令；

203)發(fā)送完指令的管理軟件將會(huì)對(duì)socket進(jìn)行幀聽，接收中心控制器通過gprs模塊發(fā)送的回執(zhí)數(shù)據(jù)；

204)管理軟件檢查是否接收到了回執(zhí)數(shù)據(jù)，是則執(zhí)行步驟205)，否則進(jìn)行步驟201)；

205)將接收到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)表中，一方面可以供用戶進(jìn)行查看，另一方面可以供技術(shù)人員分析；

206)將數(shù)據(jù)作為控制器的輸入量輸入到非方瘦系統(tǒng)區(qū)間控制算法中計(jì)算控制量非方瘦系統(tǒng)區(qū)間控制算法具體步驟如圖12、13所示)；

207)將上述控制量存入數(shù)據(jù)庫中的控制量表中，儲(chǔ)存控制量主要作用是便于管理員對(duì)控制策略進(jìn)行分析、優(yōu)化與修改；

208)將步驟206)計(jì)算得到的控制量通過socket發(fā)送回中心控制器，中心控制器通過gprs模塊接收到該控制量。

如圖12所示，為基于區(qū)間控制的預(yù)測控制算法流程圖。本實(shí)施例中，該控制算法設(shè)計(jì)在遠(yuǎn)離被控對(duì)象的“云控制器”中，包括以下步驟：

206a)根據(jù)系統(tǒng)輸出階躍響應(yīng)系數(shù)aij(1)，aij(2)...，aij(n)組成階躍響應(yīng)模型aij，其中aij(n)表示在第n個(gè)采樣時(shí)刻輸出變量yi對(duì)不同控制變量uj的階躍響應(yīng)系數(shù)：

并組成系統(tǒng)動(dòng)態(tài)矩陣：

其中：

aij為第j個(gè)輸入對(duì)第i個(gè)輸出的階躍響應(yīng)模型；

設(shè)：r為輸出變量個(gè)數(shù)，

s為輸入變量個(gè)數(shù)，

p為預(yù)測時(shí)域，

m為控制時(shí)域；

采用

ypm(k)＝y(tǒng)p0(k)+aδum(k)(3)

作為預(yù)測模型，求得預(yù)測輸出。

其中：

k為當(dāng)前時(shí)刻；

ypm(k)為當(dāng)前時(shí)刻k的模型預(yù)測輸出矢量；

yp0(k)為當(dāng)前時(shí)刻k的初始模型輸出矢量，

δum(k)為當(dāng)前時(shí)刻k最優(yōu)區(qū)間控制增量序列；

206b)用戶通過人機(jī)交互界面設(shè)定輸出變量yi的期望區(qū)間[εi,min,εi,max](i＝1,2,…,r)和極限約束區(qū)間[yi,min,yi,max](i＝1,2,…,r)以及控制變量uj的約束區(qū)間[uj,min,uj,max](j＝1,2,…,s)，且根據(jù)期望區(qū)間[εi，min，εi，max]的可放松程度，通過界面設(shè)定可調(diào)整約束的優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)越高，相應(yīng)輸出量的區(qū)間可調(diào)整度越大；εi,min為輸出變量yi的期望區(qū)間最小值；εi,max為輸出變量yi的期望區(qū)間最大值；yi,min,yi,max分別為輸出變量yi可以達(dá)到的極限最小值和最大值；uj,min,uj,max分別為控制變量uj的最小值和最大值；r為輸出變量個(gè)數(shù)，s為輸入變量個(gè)數(shù)；

206c)計(jì)算機(jī)根據(jù)下述子算法1判斷輸出期望區(qū)間是否可行，若可行，執(zhí)行步驟206d)；若不可行，程序根據(jù)優(yōu)先級(jí)設(shè)置相應(yīng)的約束調(diào)整量權(quán)值ci，再求解子算法1得到一組約束調(diào)整量的解δ＝[δε^tmin,δε^tmax]^t，給出滿足極限區(qū)間[yi,min,yi,max]的調(diào)整后可行目標(biāo)區(qū)間[εi,min,εi,max]^t+δ，δεmin,δεmax分別表示最大約束值εmax和最小約束值εmin的調(diào)整量；yi,min,yi,max分別為輸出變量yi的極限區(qū)間的最大值和最小值，εi,min,εi,max分別為輸出變量yi的期望區(qū)間最小值和最大值，上角標(biāo)t代表向量或矩陣的轉(zhuǎn)置；

子算法1：

設(shè)定系統(tǒng)控制量的穩(wěn)態(tài)值為us，輸出量的穩(wěn)態(tài)值ys，穩(wěn)態(tài)增益矩陣為gs，若存在us和ys滿足：

則稱期望區(qū)間可行；

其中，ys為輸出量的穩(wěn)態(tài)值；us為控制量的穩(wěn)態(tài)值；umax,umin分別為控制量u的最大值和最小值矢量；δεmax,δεmin分別為最大約束值εmax和最小約束值εmin的調(diào)整量；δ為區(qū)間調(diào)整量的解；上角標(biāo)t代表向量或矩陣的轉(zhuǎn)置。

上式可轉(zhuǎn)化為求解線性規(guī)劃：

其中：

w為最優(yōu)解；

為系數(shù)矩陣，i為全1矩陣，0為全零矩陣，h為穩(wěn)態(tài)增益矩陣；

為增廣變量矩陣，x1,x2,x3,x4為依據(jù)輸入量和輸出量而設(shè)定的中間變量；δ為區(qū)間調(diào)整量的解；上角標(biāo)t代表向量或矩陣的轉(zhuǎn)置；

z為z的元素；

x1＝us-umin，us為控制量u的穩(wěn)態(tài)值；umin為控制量u的最小值；

x2＝umax-us，umax為控制量u的最大值；

x3＝gsus-εmin+δεmin，εmin為輸出變量期望區(qū)間的最小值，δεmin為εmin的調(diào)整量；

x4＝εmax-gsus+δεmax，εmax為輸出變量期望區(qū)間的最大值，δεmax為εmax的調(diào)整量；

為轉(zhuǎn)換區(qū)間矩陣；

權(quán)值c^t＝[c1…c2s]為1行2s列的向量，s為輸出量個(gè)數(shù)；c反映δ中的元素δi的可調(diào)程度，輸出變量yi優(yōu)先級(jí)越高，ci越小，可接受調(diào)整量越大。對(duì)硬約束yj可置cj為充分大的正數(shù)。該線性規(guī)劃若有最優(yōu)解wmin＝0，則說明原期望區(qū)間是可行的，不需要調(diào)整；若求得wmin＞0，說明原期望區(qū)間需要加入調(diào)整量δ。經(jīng)用戶與計(jì)算機(jī)多次協(xié)調(diào)后，最終會(huì)有調(diào)整量δ＝0，此時(shí)目標(biāo)區(qū)間是可行的，同時(shí)能找到一個(gè)穩(wěn)態(tài)解ys，即非方瘦系統(tǒng)存在穩(wěn)定解。

206d)采集得到當(dāng)前環(huán)境因子值并與控制區(qū)間進(jìn)行比較，設(shè)控制性能指標(biāo)為：

性能指標(biāo)中，||δum(k)||r²＝[δum(k)]^tr[δum(k)]；k為當(dāng)前時(shí)刻；ypm(k)為k時(shí)刻模型預(yù)測輸出值矢量；α、β為動(dòng)態(tài)參考軌跡；δum(k)為k時(shí)刻控制量變化量矢量；q1,q2,r為正定的權(quán)值矩陣；k+t|k表示在當(dāng)前時(shí)刻k對(duì)未來第t個(gè)時(shí)刻的狀態(tài)預(yù)測；k+l為當(dāng)前時(shí)刻k起的未來第l個(gè)時(shí)刻；umax為控制量u的最大值，umin為控制量u的最小值；δumax,δumin分別為控制量u每個(gè)控制時(shí)刻變化量的最大值和最小值，ymax,ymin分別為輸出量的最大值和最小值；εmax,εmin分別為輸出變量期望區(qū)間的最大值和最小值。若輸出量保持在區(qū)間內(nèi)但震蕩變化，可以增大正定權(quán)值矩陣r；q1，q2的相對(duì)大小決定輸出量違反下邊界或上邊界后的回拉作用的大??；若輸出量保持在區(qū)間內(nèi)但震蕩變化，可以適當(dāng)增加r?？刂七^程圖解如圖13所示。

經(jīng)推導(dǎo)后性能指標(biāo)可轉(zhuǎn)換為如下二次規(guī)劃：

s.t.dx≤d

其中，

為增廣的待求解量，δum(k)為k時(shí)刻控制量變化量矢量；α、β為動(dòng)態(tài)參考軌跡；

為二次項(xiàng)系數(shù)矩陣，a為階躍響應(yīng)系數(shù)矩陣，q1,q2,r為正定的權(quán)值矩陣，上角標(biāo)t代表向量或矩陣的轉(zhuǎn)置；

為一次項(xiàng)系數(shù)矩陣，yp0(k)為k時(shí)刻的穩(wěn)態(tài)輸出值；

設(shè)b0為m行m列下三角1矩陣，m為控制時(shí)域；

b＝diag(b0,b0,…,b0)∈r^sm×sm，b為以b0為對(duì)角線元素的sm行sm列矩陣，s為輸出變量個(gè)數(shù)；

則為系數(shù)矩陣，ι為單位矩陣，-ι為負(fù)的單位矩陣，0為零矩陣，s為輸出變量個(gè)數(shù)，r為輸入變量個(gè)數(shù)，m為控制時(shí)域，p為預(yù)測時(shí)域；

為范圍矩陣，k表示當(dāng)前時(shí)刻，k-1表示前一時(shí)刻，ymax表示輸出量的最大值矢量，yp0(k)為當(dāng)前時(shí)刻k的模型預(yù)測輸出初始矢量，ymin表示輸出量的最小值矢量，umax為控制量的最大值矢量，umin為控制量的最小值矢量，u(k-1)表示前一時(shí)刻的控制量，δumax,δumin分別為控制量u每個(gè)控制時(shí)刻變化量的最大值和最小值，εmax,εmin分別為輸出變量期望區(qū)間的最大值和最小值。

求得控制作用后并不把所有的控制作用全部實(shí)施，而是取其中的即時(shí)控制增量δu(k)構(gòu)成控制量施加于被控對(duì)象。根據(jù)類似的優(yōu)化問題遞推求出下一時(shí)刻k+1時(shí)的控制增量δu(k+1)，即

u(k)＝u(k-1)+(1,0,…,0)δum(k)(8)

其中u(k)為當(dāng)前時(shí)刻k的控制量，u(k-1)為前一時(shí)刻k-1的控制量，δum(k)為k時(shí)刻控制量的變化量。

206e)系統(tǒng)根據(jù)控制量求得的輸出預(yù)測值，在預(yù)測模型輸出的基礎(chǔ)上用實(shí)際輸出誤差進(jìn)行反饋校正，以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)預(yù)測，即

yc(k)＝y(tǒng)pm(k)+le(k)(9)

ypm(k+1)＝y(tǒng)c(k)(10)

其中：

k為當(dāng)前時(shí)刻；

k+1時(shí)刻為下一時(shí)刻；

yc(k)為校正后當(dāng)前時(shí)刻k的模型預(yù)測輸出；

ypm(k)為k時(shí)刻預(yù)測模型，p表示預(yù)測時(shí)域，m表示控制時(shí)域；

l＝[1,1,…,1]^t∈r^rp×1表示l為r×p行1列的全1向量，r為輸出變量的個(gè)數(shù)；

e(k)＝y(tǒng)(k)-ym(k)，為系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)刻k時(shí)實(shí)際輸出y(k)與預(yù)測輸出ym(k)的差；y(k)為系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)刻k時(shí)的實(shí)際輸出值；ym(k)為當(dāng)前時(shí)刻k時(shí)的模型預(yù)測輸出值；

如圖9a、9b、9c、9d所示，為被控過程端中心控制器軟件流程圖，在本實(shí)施例中，中心控制器的軟件流程圖主要由以下步驟組成：

101)通信模塊的初始化，經(jīng)過該初始化之后，中心控制器將可以與“云控制器”進(jìn)行通信，同時(shí)可以與接入局域網(wǎng)內(nèi)的client端進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)；該步驟具體分為：

101a)初始化gprs模塊，將該gprs模塊接入到“云控制器”中；

101b)初始化wifi模塊，建立局域網(wǎng)中的server端，供client端(數(shù)據(jù)終端和控制終端)進(jìn)行接入；

102)通過gprs模塊接收“云控制器”信息；

103)檢查是否接收到了“云控制器”發(fā)送的信息，是則執(zhí)行步驟104)，否則進(jìn)行步驟105)；

104)對(duì)來自“云控制器”數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，具體分為：

104a)檢查幀頭是否是查詢幀幀頭，是則將打包好的數(shù)據(jù)通過gprs模塊發(fā)送，否則進(jìn)行下一步；

104b)檢查幀頭是否是控制幀幀頭，是則通過wifi模塊發(fā)送控制幀給局域網(wǎng)內(nèi)相應(yīng)的控制終端或者自行進(jìn)行控制；

105)通過wifi模塊接收來自局域網(wǎng)的信息；

106)檢查是否接收到了局域網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)包，是則執(zhí)行步驟107)，否則執(zhí)行步驟108)；

107)對(duì)來自局域網(wǎng)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，具體分為：

107a)檢查幀頭是否是數(shù)據(jù)終端回執(zhí)幀頭，是則將數(shù)據(jù)按協(xié)議進(jìn)行解析并放入發(fā)送隊(duì)列中，否則進(jìn)行下一步；

107b)檢查幀頭是否是控制終端回執(zhí)幀頭，是則將數(shù)據(jù)按協(xié)議解析并判斷解析得到的數(shù)據(jù)是否和發(fā)送出的控制數(shù)據(jù)相等，相等則通過wifi模塊發(fā)送確認(rèn)幀給相應(yīng)的控制終端，不相等則重新發(fā)送控制幀并等待回執(zhí)；

108)自身攜帶的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并濾波(具體步驟和方法如圖10a、10b中的傳感器信息采集濾波流程)；

109)對(duì)得到的環(huán)境變量進(jìn)行顯示。

如圖10a、10b所示，為被控過程端中數(shù)據(jù)終端軟件流程圖，本實(shí)施例中，數(shù)據(jù)終端軟件主要包括以下幾個(gè)步驟：

1001)初始化wifi模塊，接入局域網(wǎng)中的server端，初始化后的wifi模塊可以與局域網(wǎng)的server端(中心控制器)進(jìn)行相互通信；

1002)通過wifi模塊接收局域網(wǎng)的信息，該信息主要是來自局域網(wǎng)server端(中心控制器)的信息；

1003)檢查是否接收到了中心控制器的查詢幀，是則執(zhí)行步驟1004)，否則執(zhí)行步驟1005)；

1004)將當(dāng)前數(shù)據(jù)通過wifi模塊發(fā)送給中心控制器；

1005)以設(shè)定的采樣頻率(頻率分布在100hz～0.5hz之間，不同傳感器的采樣頻率不一樣)對(duì)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，濾波具體分為：

1005a)將采集到的原始數(shù)值放入數(shù)據(jù)隊(duì)列中；

1005b)除去隊(duì)列中的最大最小值(將最大最小值視為量測噪聲)；

1005c)求取隊(duì)列中還存在的數(shù)據(jù)的平均值作為當(dāng)前值；

1005d)對(duì)上述當(dāng)前值進(jìn)行低通濾波(溫室環(huán)境為大滯后過程，數(shù)據(jù)變化較慢)，再次去除噪聲干擾，低通濾波之后的值作為當(dāng)前時(shí)刻環(huán)境變量的真實(shí)值；

1006)對(duì)濾波之后的環(huán)境變量進(jìn)行顯示，之后返回步驟1002)。

如圖11所示，為控制終端軟件流程圖，本實(shí)施例中，控制終端軟件包括以下步驟：

501)初始化wifi模塊，接入局域網(wǎng)中的server端，初始化的wifi模塊可以與局域網(wǎng)的server端(中心控制器)進(jìn)行相互通信；

502)通過wifi模塊接收局域網(wǎng)的信息，該信息主要是局域網(wǎng)server端(中心控制器)的信息；

503)檢查是否接收到了中心控制器的控制幀，是則執(zhí)行步驟504)，否則執(zhí)行步驟505)；

504)通過wifi模塊發(fā)送控制終端回執(zhí)幀，用于校驗(yàn)控制數(shù)據(jù)的對(duì)錯(cuò)；

505)檢查是否接收到了中心控制器的確認(rèn)幀，是則執(zhí)行步驟506)，否則執(zhí)行步驟507)；

506)執(zhí)行控制幀發(fā)送過來的控制量；

507)顯示當(dāng)前執(zhí)行器的狀態(tài)，返回步驟502)。

本發(fā)明在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面，云控制系統(tǒng)基于“云計(jì)算”原理，提出一種全新的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)使得整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)注的重心為被控過程，主要方法是將控制算法置于遠(yuǎn)方的“云端”中，設(shè)計(jì)人員的主要關(guān)注點(diǎn)在被控過程上，而不是控制器上。該結(jié)構(gòu)可以使控制系統(tǒng)更加靈活方便，降低設(shè)計(jì)成本。同時(shí)，本系統(tǒng)采用非方瘦系統(tǒng)的區(qū)間控制方法，更適應(yīng)溫室環(huán)境的特點(diǎn)和實(shí)際需求，可以對(duì)溫室環(huán)境施加更加有效的控制。