智能溫室大棚控制系統(tǒng)的設計

楊彥偉 王琦蓮 馮志民 賈宇翔

【摘要】 隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術迅猛發(fā)展，溫室大棚化種植被廣泛應用。本文設計了基于單片機控制的溫室大棚智能監(jiān)控平臺，實現(xiàn)對大棚內(nèi)部環(huán)境的自動檢測；對通風系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、加濕系統(tǒng)、CO2釋放系統(tǒng)、遮陽網(wǎng)系統(tǒng)、補光系統(tǒng)等的自動控制。

【關鍵詞】 智能控制 PC機技術 單片機

一、引言

隨著科學技術飛速發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術的自動化、智能化成為一種趨勢。越來越多的系統(tǒng)利用計算機技術對農(nóng)業(yè)氣象參數(shù)進行監(jiān)控和采集，一方面可了解作物生長的環(huán)境參數(shù)，另一方面也可根據(jù)采集的參數(shù)進行調(diào)節(jié)從而為農(nóng)作物的生長提供適宜的生長環(huán)境，以實現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動化、科學化。設計溫室大棚智能調(diào)控系統(tǒng)，采用單片機對溫室內(nèi)的濕度、溫度等環(huán)境條件參數(shù)進行采集，采集數(shù)據(jù)可利用接口設備將采集數(shù)據(jù)傳送給上位PC機進行分析處理。本文將從系統(tǒng)總體設計、系統(tǒng)硬件電路設計、程序流程圖等方面進行描述。

二、系統(tǒng)總體設計方案及系統(tǒng)框圖

2.1系統(tǒng)總體設計方案

本文介紹的溫室大棚智能調(diào)控系統(tǒng)，可實現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)的監(jiān)測、調(diào)控功能，其系統(tǒng)框圖如圖1所示。其中智能調(diào)控單元基于單片機控制下，通過各傳感器采集數(shù)據(jù)后傳給單片機，單片機經(jīng)處理通過人機對話接口顯示或報警，同時可以通過內(nèi)設對溫室進行預置控制，以實現(xiàn)大棚環(huán)境的檢測控制功能。

2.2系統(tǒng)主要實現(xiàn)功能

1、傳感模塊：即環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)。它依據(jù)各類傳感設備可以完成整個棚區(qū)所需數(shù)據(jù)監(jiān)測的功能。

2、終端模塊：即終端智能控制系統(tǒng)。它可以完成整個棚區(qū)進行自動灌溉、自動開啟風機，自動液體肥料施肥、自動噴藥等各類所需的自動控制。

3、預警模塊：即遠程植保預警系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^聲光報警、語音報警等方式進行預警。本系統(tǒng)采用蜂鳴器和紅LED燈作為聲光報警，當系統(tǒng)檢測到的數(shù)據(jù)不符合給定的要求時，將進行報警提示。

4、作業(yè)模塊：即中央控制室。可通過總控室對整個區(qū)域的參數(shù)進行控制。

三、系統(tǒng)的硬件設計

3.1系統(tǒng)結(jié)構硬件框圖

本系統(tǒng)選取溫室大棚內(nèi)的溫度、濕度、光照強度以及 CO2 濃度等來作為系統(tǒng)的被控制量，將加熱、加濕、遮陽網(wǎng)、天窗 /側(cè)窗、風機等執(zhí)行機構作為控制手段，對溫室大棚內(nèi)的環(huán)境狀態(tài)進行調(diào)控，從而使大棚內(nèi)的植物生長環(huán)境達到最佳狀態(tài)。

3.2硬件電路設計

在系統(tǒng)各子系統(tǒng)組成電路中，最為重要的就是顯示電路，按鍵電路與信號輸入電路。

1）12864液晶顯示模塊

為了使本系統(tǒng)的人機界面較為方便，這里我們使用了12864液晶顯示模塊。12864液晶屏主要用來顯示大棚濕度、溫度、光照、是否有煙霧、等信息，動態(tài)顯示大棚中溫度變化的曲線和濕度、溫度、光照等的上、下限值。

2）溫度傳感器

DS18B20溫度測量范圍為-55℃～+125℃，測溫分辨率可達0.0625℃，主要用來檢測大棚內(nèi)溫度，當大棚內(nèi)溫度超過系統(tǒng)所設定值時，系統(tǒng)會自動報警 ，提醒操作人員調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。

3）溫濕度傳感器

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器，它應用專用的數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性。

4）煙霧傳感器

MQ-2氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫（SnO2），在作品中我們將MQ-2與LM339比較器連接，通過比較器輸出的高低電平判斷有無煙霧。當有煙霧時系統(tǒng)報警并提醒工作人員注意大棚內(nèi)情況。

四、系統(tǒng)的軟件設計

系統(tǒng)上電復位后，首先對各個子系統(tǒng)進行初始化，顯示開機畫面，啟動溫濕度檢測子程序，接收監(jiān)測信息并將參數(shù)顯示于LCD顯示器；然后調(diào)用處理子程序進行判斷和控制，執(zhí)行聲光報警并進行反饋控制，其主程序流程圖如圖2所示。

五、結(jié)語

本文基于溫室大棚環(huán)境參數(shù)檢測和控制的要求，設計了以STC89C52單片機為控制核心，實現(xiàn)對溫室大棚內(nèi)農(nóng)作物生長過程中溫度、濕度、二氧化碳濃度等參數(shù)的監(jiān)測和控制。該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、成本低廉、人機交互性良好，具有相當廣泛的應用前景。

參 考 文 獻

[1] 劉方，栗震霄.我國農(nóng)業(yè)溫室控制系統(tǒng)控制模式的研究.農(nóng)機化研究，2008，10：223-226.

[2] 李偉，段翠芳，滑偉娟.國內(nèi)外溫室監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展及趨勢 [J].農(nóng)業(yè)科技與裝備，2010（10）：51-52.

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