智能溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計

<p>收 稿日期 : 2018 12 16基金項目 : 河南省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目 ( S201811834023) ; 鄭州市重點建設(shè)實驗室 ( 電子信息技術(shù)實驗室 )鄭 教高 2013109 號 。作者簡介 : 孫碩碩 ( 1996 ) ，男 ，河 南商丘市人 ，本科生 ，專業(yè)為光電信息科學(xué)與工程 。智能溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計孫 碩碩 ， 郭劉飛 ， 徐志業(yè) ， 段先清 ， 史澤邦 ， 王玉錦( 黃 河科技學(xué)院 信息工程學(xué)院 ，河南 鄭州 450063)摘要 : 近年來反季節(jié)種植已成火熱趨勢 ，溫室大棚的普及十分迅速 ，而溫室大棚對自動化 、智能化的要求也越來越迫切 ，本系統(tǒng)將溫室大棚的溫濕度 、二氧化碳濃度各個方面的檢測 ，通風(fēng) 、澆灌 、溫度 、噴灑農(nóng)藥等各個方面的控制進(jìn)行綜合系統(tǒng)研究 ，實現(xiàn)溫室大棚對自動化 、智能化的要求 。這一系統(tǒng)是基于單片機控制的智能檢測 ，控制系統(tǒng)包含單片機主控模塊 、感應(yīng)檢測模塊 、傳感模塊 ，顯示 、控制模塊等1。從而提高溫室大棚的種植效率 ，減 少勞動力 ，提高利潤等 。關(guān)鍵詞 : 單片機 ; 傳感器 ; 溫室大棚 ; 自動檢測控制中圖分類號 : TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 : B 文章編號 : 1008 5424( 2019) 02 0076 03DOI:1019576/j issn1008 54242019020170 引 言在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)占重要地位 ， 隨著社會的發(fā)展 ，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的 多樣化也提出了新的要求 ， 其中溫室大棚越來越受農(nóng)民的追捧 ， 同時隨著溫室大棚技術(shù)的發(fā)展 ， 溫室大棚對其自動化 、智能化的要求越來越迫切 。溫室大棚技術(shù)相對國外發(fā)展比較晚 ， 國內(nèi)對溫室大棚的研究相對落后 ， 各個方面都不太成熟 ， 但通過逐漸的研究探索 ， 我國在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上也有了長足的進(jìn)步 。但溫室大棚種植比較復(fù)雜 ， 特別在反季節(jié)種植 ， 其對溫度濕度等參數(shù)各個方面的要求比較嚴(yán)格 ， 需要實時進(jìn)行檢測控制 ， 但單靠人工勞動進(jìn)行工作遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求 。那么就迫切需要研制一些自動智能化系統(tǒng)來代替人工勞動 。針對目前溫室大棚生產(chǎn)種植技術(shù) ， 本文研究了一種綜合系統(tǒng)對溫室大棚的空氣濃度 、空氣濕度 、土壤濕度等的檢測 ， 對其通風(fēng) 、補光 、澆灌 、噴灑農(nóng)藥等自動控制 。從而實現(xiàn)溫室大棚對各個方面的需求 ， 實現(xiàn)了自動化 、智能化的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)要求 2。1 系 統(tǒng)設(shè)計原理本 系統(tǒng)將對大棚進(jìn)行綜合檢測控制 ， 通過智能控制調(diào)節(jié)為溫室大棚各種植物提供適宜的生長環(huán)境 。其主要的特點就是實現(xiàn)智能檢測控制 ，使各種工作系統(tǒng)綜合統(tǒng)一進(jìn)行控制 ， 主要的組成部分有單片機主控單元模塊 、感應(yīng)監(jiān)測模塊 、傳感模塊 、顯示模塊 、控制執(zhí)行模塊 。在感應(yīng)檢測系統(tǒng)中完成感應(yīng)采集與監(jiān)測溫室大棚內(nèi)各項環(huán)境參數(shù)的任務(wù) ， 將實時監(jiān)測到的空氣土壤溫度 、濕度 、光照強度等參數(shù)傳輸?shù)絾纹瑱C主控單元模塊內(nèi) ， 然后進(jìn)行分析比對 ， 若監(jiān)測到的參數(shù)大于或小于設(shè)定參數(shù) ， 則主控單元模塊下達(dá)執(zhí)行命令 ，使控制執(zhí)行模塊運作 ， 實現(xiàn)補光 ， 澆灌等命令 ， 使大棚各種參數(shù)始終在設(shè)定范圍內(nèi) 3。本 系統(tǒng)不再是一個裝置只進(jìn)行一種操作 。而是各個模塊相互綜合統(tǒng)一執(zhí)行命令 ， 實現(xiàn)一個裝置多種操作的智能化要求 。整體框架如圖 1 所示 。圖 1 整 體框圖第 21 卷 第 2 期Vol21 No2黃河科技學(xué)院學(xué)報JOUNAL OF HUANGHE ST COLLEGE2019 年 3 月Mar20192 系 統(tǒng)硬件設(shè)計21 主 控單元模塊本系統(tǒng)采用的是 STC89C51 主控單元芯片 ， 這種芯片是一種低功耗 、高性能 CMOS， 8 位微控制器 ，具有 8K 在系統(tǒng)可編程存儲器 512 字節(jié) AM， 32 位I/O 口 線 ， 看 門 狗 定 時 器 ， 內(nèi) 置 4KB EEPOM，MAX810 復(fù)位電路 ， 三個 16 位定時器 /計數(shù)器 ， 一個6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu) ， 全雙工串行口 4。211 復(fù) 位電路為確保微機系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作 ， 復(fù)位電路是必不可少的一部分 ， 復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位 ， 本設(shè)計采用的是手動按鈕復(fù)位 ， 手動按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端 ST 上加入高電平 ， 一般采用的辦法是在 ST 端和正電源 Vcc 之間接一個按鈕 。當(dāng)人為按下按鈕時 ， 則 Vcc 的 +5V 電平就會直接加到 ST 端 。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒 ， 所以 ， 完全能夠滿足復(fù)位的時間要求 。212 晶振電路單片機晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號 。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振 ， 便于各部分保持同步 。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振 ， 而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步 。22 監(jiān)測采集模塊221 溫濕采集電路數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的靈敏度較高的溫濕度復(fù)合傳感器 。傳感器上電后 ， 要等待一定時間以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)送任何指令 。電 源 引 腳( VDD， GND) 之間可增加一個 100nF 的電容 ， 用以去耦濾波 。222 土壤濕度采集電路本設(shè)計系統(tǒng)采集土壤濕度采用的是濕敏電阻的模數(shù)轉(zhuǎn)換原理 。223 光照采集電路本設(shè)計系統(tǒng)采集光照強度采用的是利用光敏電阻的模數(shù)轉(zhuǎn)換原理 。光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器 ; 入射光強 ， 電阻減小 ， 入射光弱 ， 電阻增大 。23 顯示模塊1602 液晶也叫 1602 字符型液晶 ， 它是一種專門用來顯示字母 、數(shù)字 、符號等的點陣型液晶模塊 ，它有若干個 5X7 等點陣字符位組成 ， 每個點陣字符位都可以顯示一個字符 ， 此顯示液晶具有靈敏 、高清晰顯示的優(yōu)點 。24 控制執(zhí)行模塊繼電器是一種電控制器件 。它具有控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)之間的互動關(guān)系 ， 通常應(yīng)用于自動化控制電路中 。它實際上是用小電流去控制大電流動作的一種 “自動開關(guān) ”， 故在電路中起著自動調(diào)節(jié) 、安全保護(hù) 、轉(zhuǎn)換電路等作用 4。3 系 統(tǒng)軟件設(shè)計 、調(diào)試測試本 綜合控制系統(tǒng)程序采用 C 語言編寫 、主程序中采用定時 、查詢方式對各個參數(shù)信號進(jìn)行實時采樣比對 ， 并且對各個分模塊進(jìn)行編程 ， 進(jìn)行分項調(diào)試之后進(jìn)行整個系統(tǒng)的總聯(lián)調(diào)試 ， 并在系統(tǒng)中上傳各個分項子程序的軟件設(shè)計方案 ， 對硬件系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試 ， 實驗結(jié)果證實 ， 本系統(tǒng)可以實現(xiàn)預(yù)期的信號采集 、數(shù)據(jù)處理 、數(shù)據(jù)存儲以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?5。本 系統(tǒng)在溫室大棚中進(jìn)行測試 ， 測試過程中通過各種傳感器實時監(jiān)測溫度 、濕度 、光照等各個參數(shù) ， 通過液晶顯示出來 ， 單片機接收到傳感器傳來的數(shù)據(jù)與單片機自身預(yù)先設(shè)計的數(shù)據(jù)相對比 ， 如有參數(shù)與設(shè)定參數(shù)不符 ， 則下指令給控制執(zhí)行模塊從而自動進(jìn)行通風(fēng) 、澆水等的操作 。測試系統(tǒng)流程圖如圖 2 所示 。圖 2 系 統(tǒng)流程圖77孫碩碩 ，等 : 智能溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計4 結(jié) 語本 系統(tǒng)綜合利用傳感器數(shù)據(jù)傳輸 、實時監(jiān)測數(shù)據(jù)參數(shù) 、智能自動控制等技術(shù) ， 通過檢測實時環(huán)境的溫濕度等參數(shù)與設(shè)定值的比較 ， 自動只能選擇相應(yīng)的控制模塊進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整 ， 實現(xiàn)溫室大棚的自動化職能控制 ， 通過研究智能溫室大棚控制系統(tǒng)測試正常 ， 運行穩(wěn)定 ， 完全符合各項參數(shù)要求 。并且隨著溫室大棚的應(yīng)用推廣和普及 ， 只需要根據(jù)種植農(nóng)作物要求參數(shù) ， 調(diào)整相關(guān)參數(shù)就能在任何種類的溫室大棚中使用 ， 減輕生產(chǎn)的勞動負(fù)擔(dān) ， 提高種植的效率 ， 并且本系統(tǒng)成本較低 ， 綜合性能優(yōu)越 ， 未來市場潛力巨大 6。另 外 ， 將該系統(tǒng)稍作改動之后 ， 還可以進(jìn)一步應(yīng)用到其他需要控制溫濕度的空間中 ， 且具有良好的適應(yīng)性和可操作性 。參考文獻(xiàn) :1 韓力英 ，楊宜菩 ，王楊 ，等 基于單片機的溫室大棚 智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 J 中國農(nóng)機化學(xué)報 ，2016( 1) :65 682 孫 凱 基于單片機的智能溫室控制系統(tǒng)的設(shè)計 J 自動化技術(shù)與應(yīng)用 ，2008，27( 8) :1011033 李 東 ，李文哲 采用單片機進(jìn)行離子電流燃燒診斷控制 J 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 ，2008( 11):254 褚 向前 ，朱武 溫室溫度多傳感器數(shù)據(jù)融合J 農(nóng)機化研究 ，2008( 4) :180 1855 舒 君 ，楊恒玲 ，朱俊標(biāo) ，等 關(guān)于溫室大棚智能控制系統(tǒng)的研究 J 信息與電腦 ( 理論版 ) ，2017( 10) :94 956 劉 立功 ，徐志剛 ，崔瑾 ，等 光環(huán)境調(diào)控及 LED在蔬菜設(shè)施栽培中的應(yīng)用和前景 J 中國蔬菜 ，2009( 14) :1 5DESIGN OF CONTOL SYSTEM FO INTELLIGENT GEENHOUSESUN Shuoshuo，GUO Liufei，XU Zhiye，DUAN Xianqing，SHI Zebang，WANG Yujin( Huanghe Science and Technology College，School of Information Engineering Zhengzhou，Henan 450063)Abstract: In recent years，counter season planting has become a hot trend featuring the rapid popularizationof greenhouse and urgent requirement for the automation and intellectualization of greenhouse This paper offers acomprehensive and systematic study of the monitoring of temperature，humidity and carbon dioxide concentration inthe greenhouse and the control of ventilation，irrigation，temperature and pesticide spraying in order to achieve au-tomation and intellectualization in greenhouse This system is based on the intelligent detection controlled by singlechip computer with the control system including the main control module，induction detection module，sensing mod-ule，display and control module of single chip computer，which is effective in improving planting efficiency ofgreenhouse，reducing labor force and increasing profitsKey Words: single chip computer; sensor; greenhouse; automatic detection and control87黃河科技學(xué)院學(xué)報</p>