光伏農(nóng)業(yè)環(huán)境檢測與調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)

徐少明+吳大軍+邱成軍

摘要：光伏農(nóng)業(yè)就是將太陽能發(fā)電廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種植、養(yǎng)殖、灌溉、病蟲害防治以及農(nóng)業(yè)機械動力提供等領(lǐng)域的一種新型農(nóng)業(yè)。本研究設(shè)計了光伏農(nóng)業(yè)環(huán)境檢測與調(diào)控方案，將CAN總線技術(shù)、無線技術(shù)應(yīng)用到系統(tǒng)設(shè)計中，并對太陽能電池匹配、光電池選型、環(huán)境溫濕度等環(huán)境因子的采集等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，該光伏農(nóng)業(yè)環(huán)境檢測與調(diào)控系統(tǒng)能夠及時調(diào)控溫室的環(huán)境因子，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：光伏農(nóng)業(yè)；環(huán)境檢測；溫度；設(shè)施農(nóng)業(yè)

中圖分類號：X382 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-1302（2014）08-0316-03

光伏農(nóng)業(yè)就是將太陽能發(fā)電廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種植、養(yǎng)殖、灌溉、病蟲害防治以及農(nóng)業(yè)機械動力等領(lǐng)域的一種新型農(nóng)業(yè)^[1-3]。包括光伏農(nóng)業(yè)并網(wǎng)發(fā)電、太陽能殺蟲燈、光伏大棚、光伏養(yǎng)豬等應(yīng)用，它是太陽能光伏發(fā)電與設(shè)施農(nóng)業(yè)的有效結(jié)合，一方面太陽能光伏電站可運用低成本的農(nóng)地直接發(fā)電；另一方面將太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、光熱系統(tǒng)及新型納米仿生態(tài)轉(zhuǎn)光膜技術(shù)綜合嫁接到傳統(tǒng)溫室大棚，根據(jù)不同植物生長對不同波長光的需求，進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換以便作物吸收，增強光合作用；另外白天存貯的太陽能晚間用于給LED補光燈供電，提高作物的品質(zhì)^[4]。但是，相關(guān)光伏農(nóng)業(yè)環(huán)境檢測與調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)研究報道較少，黑龍江大學(xué)邱成軍教授帶領(lǐng)的團隊多年來一直從事智能控制技術(shù)、設(shè)施農(nóng)業(yè)自動裝置的研制，團隊中擁有懂得薄膜太陽能、系統(tǒng)集成、智能控制技術(shù)、設(shè)施農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)種植等領(lǐng)域的最先進(jìn)的技術(shù)人才。本研究設(shè)計了光伏農(nóng)業(yè)環(huán)境檢測與調(diào)控方案，將CAN總線技術(shù)、無線技術(shù)應(yīng)用到系統(tǒng)設(shè)計中，并對太陽能電池匹配、光電池選型、環(huán)境溫濕度等環(huán)境因子采集等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，這種光伏農(nóng)業(yè)環(huán)境檢測與調(diào)控系統(tǒng)完全實現(xiàn)能源自給，既節(jié)能環(huán)保，又極易維護(hù)，相比于傳統(tǒng)大棚，提高了農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)。有助于推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息化、自動化。

1 硬件設(shè)計

光伏農(nóng)業(yè)環(huán)境檢測與調(diào)控裝置包括太陽能供電單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)接收單元和執(zhí)行單元^[5-6]（圖1、圖2）。太陽能供電單元由薄膜太陽能電池板連接太陽能控制器和蓄電池組成，太陽能控制器控制蓄電池的充放電，蓄電池為數(shù)據(jù)接收單元和執(zhí)行單元供電，太陽能電池板的選擇可以根據(jù)電池板放置的地點不同而選擇晶體硅和薄膜電池，如果電池板固定在大棚的頂端，最好選擇透光性好的薄膜太陽能電池板或選擇性透光電池板，否則選擇價格低廉的晶體硅太陽能電池板進(jìn)行供電；數(shù)據(jù)采集單元由土壤溫度傳感器、光照度傳感器、CO2濃度傳感器、大氣壓力傳感器、濕度傳感器、單片機、無線發(fā)射模塊組成，在PCB板上順序電連接各傳感器、單片機、無線發(fā)射模塊構(gòu)成數(shù)據(jù)采集單元，每個數(shù)據(jù)采集單元的電力均由無污染蓄電池提供，定期用太陽能電池板給蓄電池充電；數(shù)據(jù)接收單元由無線接收模塊、單片機、顯示屏、按鍵、CAN總線、計算機接口組成，在PCB板上順序電連接無線接收模塊、單片機、顯示屏、按鍵、CAN總線、計算機接口構(gòu)成數(shù)據(jù)接收單元。數(shù)據(jù)接收單元通過串口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C進(jìn)行分析，同時也能接收計算機發(fā)來的數(shù)據(jù)，并執(zhí)行相應(yīng)的動作。執(zhí)行單元由驅(qū)動電路連接電機、LED補光燈組成，電機驅(qū)動風(fēng)扇、卷簾、滴灌設(shè)備。其中，LED補光燈由紅色LED、藍(lán)色LED先串后并組成。

選擇高標(biāo)準(zhǔn)、無污染蓄電池，通過太陽能控制器為裝置供電，數(shù)據(jù)采集單元的n個經(jīng)過編號的數(shù)據(jù)采集節(jié)點將采集到的溫濕度等環(huán)境參數(shù)通過無線發(fā)送，數(shù)據(jù)接收單元中單片機依次接收采集節(jié)點的數(shù)據(jù)，通過CAN總線將簡單處理后的數(shù)據(jù)送入計算機，上位機軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，通過執(zhí)行單元驅(qū)動相應(yīng)設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)的動作，達(dá)到閉環(huán)控制；用戶根據(jù)植物品種不同，設(shè)置相應(yīng)的上限參數(shù)^[7-8]。

2 軟件設(shè)計

本光伏農(nóng)業(yè)環(huán)境檢測與調(diào)控裝置下位機（數(shù)據(jù)采集模塊）軟件由KEIL C按模塊化設(shè)計方式進(jìn)行設(shè)計，功能包括無線初始化、數(shù)據(jù)采集和發(fā)送等。考慮到光伏農(nóng)業(yè)工程較大，大面積、長距離的無線數(shù)據(jù)傳輸無法實現(xiàn)，故數(shù)據(jù)采集采用無線技術(shù)和CAN總線技術(shù)互補形式，在最低級節(jié)點采取無線采集和發(fā)送，高端級別的節(jié)點采用CAN總線采集和發(fā)送數(shù)據(jù)，同時高端級別的節(jié)點能接受上位機發(fā)送的命令，并能執(zhí)行。

上位機系統(tǒng)由2部構(gòu)成，控制監(jiān)控系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)信息遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，上位機系統(tǒng)功能框見圖3。上位機的數(shù)據(jù)采集座100 m2的大棚數(shù)據(jù)采集、補光、照明用等用途。多余電量也可以并網(wǎng)賣給國家。

5 結(jié)論

設(shè)計并實現(xiàn)了光伏農(nóng)業(yè)環(huán)境檢測與調(diào)控裝置，開發(fā)了上位機軟件，并對光伏與LED等的匹配進(jìn)行評估，記錄了影響環(huán)境因素的各個參數(shù)并作了分析。

本裝置適合在偏遠(yuǎn)地區(qū)，特別是無市電的大棚和溫室，無法進(jìn)行環(huán)境參數(shù)測量和控制的地方使用。

根據(jù)該裝置測得的數(shù)據(jù)，合理調(diào)控環(huán)境的各個參數(shù)，充分利用太陽能光伏優(yōu)勢，能夠提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]盛 絳，滕國榮，嚴(yán)建華，等. 太陽能光伏水泵在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用[J]. 農(nóng)機化研究，2008（12）：198-200.

[2]彭梅牙. 新余市大力發(fā)展光伏農(nóng)業(yè)[J]. 南方農(nóng)機，2012（2）：4-6.

[3]魏海峰，李萍萍，包曉明. 基于同步整流的光伏水泵數(shù)字控制器[J]. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2009，40（11）：94-98.

[4]趙春江，楊金煥，陳中華，等. 太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用的現(xiàn)狀及發(fā)展[J]. 節(jié)能技術(shù)，2007，25（5）：461-465.

[5]張仁貢. 農(nóng)村水能與太陽能混合發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2012，28（14）：190-195.

[6]Neelakanta，Perambur S，Harshad D. Robust factory wireless communications：A performance appraisal of the blue tooth and the ZigBee collocated on an industrial floor[J]. IEEE Computer Society，2003（3）：2381-2386.

[7]杜尚豐，李迎霞，馬承偉，等. 中國溫室環(huán)境控制硬件系統(tǒng)研究進(jìn)展[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2004，20（1）：7-12.

[8]王忠義，陳端生，黃 嵐. 溫室植物生理指標(biāo)監(jiān)測及應(yīng)用研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2000，16（2）：101-104.

[9]陳端生. 中國節(jié)能型日光溫室建筑與環(huán)境研究進(jìn)展[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，1994，9（1）：123-129.

[10]王松濤，馮廣和，陳端生，等. 論我國設(shè)施園藝建設(shè)的宏觀管理[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，1999，15（1）：159-164.endprint

摘要：光伏農(nóng)業(yè)就是將太陽能發(fā)電廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種植、養(yǎng)殖、灌溉、病蟲害防治以及農(nóng)業(yè)機械動力提供等領(lǐng)域的一種新型農(nóng)業(yè)。本研究設(shè)計了光伏農(nóng)業(yè)環(huán)境檢測與調(diào)控方案，將CAN總線技術(shù)、無線技術(shù)應(yīng)用到系統(tǒng)設(shè)計中，并對太陽能電池匹配、光電池選型、環(huán)境溫濕度等環(huán)境因子的采集等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，該光伏農(nóng)業(yè)環(huán)境檢測與調(diào)控系統(tǒng)能夠及時調(diào)控溫室的環(huán)境因子，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：光伏農(nóng)業(yè)；環(huán)境檢測；溫度；設(shè)施農(nóng)業(yè)

中圖分類號：X382 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-1302（2014）08-0316-03

光伏農(nóng)業(yè)就是將太陽能發(fā)電廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種植、養(yǎng)殖、灌溉、病蟲害防治以及農(nóng)業(yè)機械動力等領(lǐng)域的一種新型農(nóng)業(yè)^[1-3]。包括光伏農(nóng)業(yè)并網(wǎng)發(fā)電、太陽能殺蟲燈、光伏大棚、光伏養(yǎng)豬等應(yīng)用，它是太陽能光伏發(fā)電與設(shè)施農(nóng)業(yè)的有效結(jié)合，一方面太陽能光伏電站可運用低成本的農(nóng)地直接發(fā)電；另一方面將太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、光熱系統(tǒng)及新型納米仿生態(tài)轉(zhuǎn)光膜技術(shù)綜合嫁接到傳統(tǒng)溫室大棚，根據(jù)不同植物生長對不同波長光的需求，進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換以便作物吸收，增強光合作用；另外白天存貯的太陽能晚間用于給LED補光燈供電，提高作物的品質(zhì)^[4]。但是，相關(guān)光伏農(nóng)業(yè)環(huán)境檢測與調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)研究報道較少，黑龍江大學(xué)邱成軍教授帶領(lǐng)的團隊多年來一直從事智能控制技術(shù)、設(shè)施農(nóng)業(yè)自動裝置的研制，團隊中擁有懂得薄膜太陽能、系統(tǒng)集成、智能控制技術(shù)、設(shè)施農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)種植等領(lǐng)域的最先進(jìn)的技術(shù)人才。本研究設(shè)計了光伏農(nóng)業(yè)環(huán)境檢測與調(diào)控方案，將CAN總線技術(shù)、無線技術(shù)應(yīng)用到系統(tǒng)設(shè)計中，并對太陽能電池匹配、光電池選型、環(huán)境溫濕度等環(huán)境因子采集等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，這種光伏農(nóng)業(yè)環(huán)境檢測與調(diào)控系統(tǒng)完全實現(xiàn)能源自給，既節(jié)能環(huán)保，又極易維護(hù)，相比于傳統(tǒng)大棚，提高了農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)。有助于推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息化、自動化。

1 硬件設(shè)計

光伏農(nóng)業(yè)環(huán)境檢測與調(diào)控裝置包括太陽能供電單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)接收單元和執(zhí)行單元^[5-6]（圖1、圖2）。太陽能供電單元由薄膜太陽能電池板連接太陽能控制器和蓄電池組成，太陽能控制器控制蓄電池的充放電，蓄電池為數(shù)據(jù)接收單元和執(zhí)行單元供電，太陽能電池板的選擇可以根據(jù)電池板放置的地點不同而選擇晶體硅和薄膜電池，如果電池板固定在大棚的頂端，最好選擇透光性好的薄膜太陽能電池板或選擇性透光電池板，否則選擇價格低廉的晶體硅太陽能電池板進(jìn)行供電；數(shù)據(jù)采集單元由土壤溫度傳感器、光照度傳感器、CO2濃度傳感器、大氣壓力傳感器、濕度傳感器、單片機、無線發(fā)射模塊組成，在PCB板上順序電連接各傳感器、單片機、無線發(fā)射模塊構(gòu)成數(shù)據(jù)采集單元，每個數(shù)據(jù)采集單元的電力均由無污染蓄電池提供，定期用太陽能電池板給蓄電池充電；數(shù)據(jù)接收單元由無線接收模塊、單片機、顯示屏、按鍵、CAN總線、計算機接口組成，在PCB板上順序電連接無線接收模塊、單片機、顯示屏、按鍵、CAN總線、計算機接口構(gòu)成數(shù)據(jù)接收單元。數(shù)據(jù)接收單元通過串口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C進(jìn)行分析，同時也能接收計算機發(fā)來的數(shù)據(jù)，并執(zhí)行相應(yīng)的動作。執(zhí)行單元由驅(qū)動電路連接電機、LED補光燈組成，電機驅(qū)動風(fēng)扇、卷簾、滴灌設(shè)備。其中，LED補光燈由紅色LED、藍(lán)色LED先串后并組成。

選擇高標(biāo)準(zhǔn)、無污染蓄電池，通過太陽能控制器為裝置供電，數(shù)據(jù)采集單元的n個經(jīng)過編號的數(shù)據(jù)采集節(jié)點將采集到的溫濕度等環(huán)境參數(shù)通過無線發(fā)送，數(shù)據(jù)接收單元中單片機依次接收采集節(jié)點的數(shù)據(jù)，通過CAN總線將簡單處理后的數(shù)據(jù)送入計算機，上位機軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，通過執(zhí)行單元驅(qū)動相應(yīng)設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)的動作，達(dá)到閉環(huán)控制；用戶根據(jù)植物品種不同，設(shè)置相應(yīng)的上限參數(shù)^[7-8]。

2 軟件設(shè)計

本光伏農(nóng)業(yè)環(huán)境檢測與調(diào)控裝置下位機（數(shù)據(jù)采集模塊）軟件由KEIL C按模塊化設(shè)計方式進(jìn)行設(shè)計，功能包括無線初始化、數(shù)據(jù)采集和發(fā)送等?？紤]到光伏農(nóng)業(yè)工程較大，大面積、長距離的無線數(shù)據(jù)傳輸無法實現(xiàn)，故數(shù)據(jù)采集采用無線技術(shù)和CAN總線技術(shù)互補形式，在最低級節(jié)點采取無線采集和發(fā)送，高端級別的節(jié)點采用CAN總線采集和發(fā)送數(shù)據(jù)，同時高端級別的節(jié)點能接受上位機發(fā)送的命令，并能執(zhí)行。

上位機系統(tǒng)由2部構(gòu)成，控制監(jiān)控系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)信息遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，上位機系統(tǒng)功能框見圖3。上位機的數(shù)據(jù)采集座100 m2的大棚數(shù)據(jù)采集、補光、照明用等用途。多余電量也可以并網(wǎng)賣給國家。

5 結(jié)論

設(shè)計并實現(xiàn)了光伏農(nóng)業(yè)環(huán)境檢測與調(diào)控裝置，開發(fā)了上位機軟件，并對光伏與LED等的匹配進(jìn)行評估，記錄了影響環(huán)境因素的各個參數(shù)并作了分析。

本裝置適合在偏遠(yuǎn)地區(qū)，特別是無市電的大棚和溫室，無法進(jìn)行環(huán)境參數(shù)測量和控制的地方使用。

根據(jù)該裝置測得的數(shù)據(jù)，合理調(diào)控環(huán)境的各個參數(shù)，充分利用太陽能光伏優(yōu)勢，能夠提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]盛 絳，滕國榮，嚴(yán)建華，等. 太陽能光伏水泵在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用[J]. 農(nóng)機化研究，2008（12）：198-200.

[2]彭梅牙. 新余市大力發(fā)展光伏農(nóng)業(yè)[J]. 南方農(nóng)機，2012（2）：4-6.

[3]魏海峰，李萍萍，包曉明. 基于同步整流的光伏水泵數(shù)字控制器[J]. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2009，40（11）：94-98.

[4]趙春江，楊金煥，陳中華，等. 太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用的現(xiàn)狀及發(fā)展[J]. 節(jié)能技術(shù)，2007，25（5）：461-465.

[5]張仁貢. 農(nóng)村水能與太陽能混合發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2012，28（14）：190-195.

[6]Neelakanta，Perambur S，Harshad D. Robust factory wireless communications：A performance appraisal of the blue tooth and the ZigBee collocated on an industrial floor[J]. IEEE Computer Society，2003（3）：2381-2386.

[7]杜尚豐，李迎霞，馬承偉，等. 中國溫室環(huán)境控制硬件系統(tǒng)研究進(jìn)展[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2004，20（1）：7-12.

[8]王忠義，陳端生，黃 嵐. 溫室植物生理指標(biāo)監(jiān)測及應(yīng)用研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2000，16（2）：101-104.

[9]陳端生. 中國節(jié)能型日光溫室建筑與環(huán)境研究進(jìn)展[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，1994，9（1）：123-129.

[10]王松濤，馮廣和，陳端生，等. 論我國設(shè)施園藝建設(shè)的宏觀管理[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，1999，15（1）：159-164.endprint

摘要：光伏農(nóng)業(yè)就是將太陽能發(fā)電廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種植、養(yǎng)殖、灌溉、病蟲害防治以及農(nóng)業(yè)機械動力提供等領(lǐng)域的一種新型農(nóng)業(yè)。本研究設(shè)計了光伏農(nóng)業(yè)環(huán)境檢測與調(diào)控方案，將CAN總線技術(shù)、無線技術(shù)應(yīng)用到系統(tǒng)設(shè)計中，并對太陽能電池匹配、光電池選型、環(huán)境溫濕度等環(huán)境因子的采集等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，該光伏農(nóng)業(yè)環(huán)境檢測與調(diào)控系統(tǒng)能夠及時調(diào)控溫室的環(huán)境因子，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：光伏農(nóng)業(yè)；環(huán)境檢測；溫度；設(shè)施農(nóng)業(yè)

中圖分類號：X382 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-1302（2014）08-0316-03

光伏農(nóng)業(yè)就是將太陽能發(fā)電廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種植、養(yǎng)殖、灌溉、病蟲害防治以及農(nóng)業(yè)機械動力等領(lǐng)域的一種新型農(nóng)業(yè)^[1-3]。包括光伏農(nóng)業(yè)并網(wǎng)發(fā)電、太陽能殺蟲燈、光伏大棚、光伏養(yǎng)豬等應(yīng)用，它是太陽能光伏發(fā)電與設(shè)施農(nóng)業(yè)的有效結(jié)合，一方面太陽能光伏電站可運用低成本的農(nóng)地直接發(fā)電；另一方面將太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、光熱系統(tǒng)及新型納米仿生態(tài)轉(zhuǎn)光膜技術(shù)綜合嫁接到傳統(tǒng)溫室大棚，根據(jù)不同植物生長對不同波長光的需求，進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換以便作物吸收，增強光合作用；另外白天存貯的太陽能晚間用于給LED補光燈供電，提高作物的品質(zhì)^[4]。但是，相關(guān)光伏農(nóng)業(yè)環(huán)境檢測與調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)研究報道較少，黑龍江大學(xué)邱成軍教授帶領(lǐng)的團隊多年來一直從事智能控制技術(shù)、設(shè)施農(nóng)業(yè)自動裝置的研制，團隊中擁有懂得薄膜太陽能、系統(tǒng)集成、智能控制技術(shù)、設(shè)施農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)種植等領(lǐng)域的最先進(jìn)的技術(shù)人才。本研究設(shè)計了光伏農(nóng)業(yè)環(huán)境檢測與調(diào)控方案，將CAN總線技術(shù)、無線技術(shù)應(yīng)用到系統(tǒng)設(shè)計中，并對太陽能電池匹配、光電池選型、環(huán)境溫濕度等環(huán)境因子采集等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，這種光伏農(nóng)業(yè)環(huán)境檢測與調(diào)控系統(tǒng)完全實現(xiàn)能源自給，既節(jié)能環(huán)保，又極易維護(hù)，相比于傳統(tǒng)大棚，提高了農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)。有助于推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息化、自動化。

1 硬件設(shè)計

光伏農(nóng)業(yè)環(huán)境檢測與調(diào)控裝置包括太陽能供電單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)接收單元和執(zhí)行單元^[5-6]（圖1、圖2）。太陽能供電單元由薄膜太陽能電池板連接太陽能控制器和蓄電池組成，太陽能控制器控制蓄電池的充放電，蓄電池為數(shù)據(jù)接收單元和執(zhí)行單元供電，太陽能電池板的選擇可以根據(jù)電池板放置的地點不同而選擇晶體硅和薄膜電池，如果電池板固定在大棚的頂端，最好選擇透光性好的薄膜太陽能電池板或選擇性透光電池板，否則選擇價格低廉的晶體硅太陽能電池板進(jìn)行供電；數(shù)據(jù)采集單元由土壤溫度傳感器、光照度傳感器、CO2濃度傳感器、大氣壓力傳感器、濕度傳感器、單片機、無線發(fā)射模塊組成，在PCB板上順序電連接各傳感器、單片機、無線發(fā)射模塊構(gòu)成數(shù)據(jù)采集單元，每個數(shù)據(jù)采集單元的電力均由無污染蓄電池提供，定期用太陽能電池板給蓄電池充電；數(shù)據(jù)接收單元由無線接收模塊、單片機、顯示屏、按鍵、CAN總線、計算機接口組成，在PCB板上順序電連接無線接收模塊、單片機、顯示屏、按鍵、CAN總線、計算機接口構(gòu)成數(shù)據(jù)接收單元。數(shù)據(jù)接收單元通過串口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C進(jìn)行分析，同時也能接收計算機發(fā)來的數(shù)據(jù)，并執(zhí)行相應(yīng)的動作。執(zhí)行單元由驅(qū)動電路連接電機、LED補光燈組成，電機驅(qū)動風(fēng)扇、卷簾、滴灌設(shè)備。其中，LED補光燈由紅色LED、藍(lán)色LED先串后并組成。

選擇高標(biāo)準(zhǔn)、無污染蓄電池，通過太陽能控制器為裝置供電，數(shù)據(jù)采集單元的n個經(jīng)過編號的數(shù)據(jù)采集節(jié)點將采集到的溫濕度等環(huán)境參數(shù)通過無線發(fā)送，數(shù)據(jù)接收單元中單片機依次接收采集節(jié)點的數(shù)據(jù)，通過CAN總線將簡單處理后的數(shù)據(jù)送入計算機，上位機軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，通過執(zhí)行單元驅(qū)動相應(yīng)設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)的動作，達(dá)到閉環(huán)控制；用戶根據(jù)植物品種不同，設(shè)置相應(yīng)的上限參數(shù)^[7-8]。

2 軟件設(shè)計

本光伏農(nóng)業(yè)環(huán)境檢測與調(diào)控裝置下位機（數(shù)據(jù)采集模塊）軟件由KEIL C按模塊化設(shè)計方式進(jìn)行設(shè)計，功能包括無線初始化、數(shù)據(jù)采集和發(fā)送等?？紤]到光伏農(nóng)業(yè)工程較大，大面積、長距離的無線數(shù)據(jù)傳輸無法實現(xiàn)，故數(shù)據(jù)采集采用無線技術(shù)和CAN總線技術(shù)互補形式，在最低級節(jié)點采取無線采集和發(fā)送，高端級別的節(jié)點采用CAN總線采集和發(fā)送數(shù)據(jù)，同時高端級別的節(jié)點能接受上位機發(fā)送的命令，并能執(zhí)行。

上位機系統(tǒng)由2部構(gòu)成，控制監(jiān)控系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)信息遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，上位機系統(tǒng)功能框見圖3。上位機的數(shù)據(jù)采集座100 m2的大棚數(shù)據(jù)采集、補光、照明用等用途。多余電量也可以并網(wǎng)賣給國家。

5 結(jié)論

設(shè)計并實現(xiàn)了光伏農(nóng)業(yè)環(huán)境檢測與調(diào)控裝置，開發(fā)了上位機軟件，并對光伏與LED等的匹配進(jìn)行評估，記錄了影響環(huán)境因素的各個參數(shù)并作了分析。

本裝置適合在偏遠(yuǎn)地區(qū)，特別是無市電的大棚和溫室，無法進(jìn)行環(huán)境參數(shù)測量和控制的地方使用。

根據(jù)該裝置測得的數(shù)據(jù)，合理調(diào)控環(huán)境的各個參數(shù)，充分利用太陽能光伏優(yōu)勢，能夠提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)。

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