淺談智能溫室大棚的系統(tǒng)設計.pdf

收稿日期 2020 02 24 作者簡介 王龍忠 1982 男 甘肅人 工程師 研究方向 物 聯(lián)網環(huán)境下的智能灌溉 科技的發(fā)展會推動和改進人類的生活方式 傳統(tǒng)農業(yè)種 植往往是靠天吃飯 自然環(huán)境的變化對糧食收成的影響很 大 且許多農作物種植會受到季節(jié)的影響 導致冬季的果蔬 價格偏高 種類偏少 溫室大棚可增加種植的頻率 提高了種 植者的經濟收入 為人們提供了更加豐富的果蔬品種 智能 化的溫室大棚 通過軟硬件結合 可以實現自動調節(jié)溫室大 棚內相關參數的功能 1 智能溫室大棚的概述 1 1 智能溫室大棚的基本概念 溫室大棚是一種密集型 技術型的農業(yè)種植方式 與傳 統(tǒng)的種植相比 溫室大棚的種植受自然環(huán)境的影響程度小 可以通過人工干預的方式創(chuàng)造出更適合農作物生長的環(huán)境 通過溫室大棚的種植方式 一方面可以提高農作物的產量 給種植者帶來更高的經濟收入 另一方面可以豐富人們的餐 桌 帶來味覺享受 反季節(jié)種植對大棚溫度 環(huán)境濕度等參數 的要求較高 需要設備輔助為農作物提供適宜的生長環(huán)境 智能化的溫室大棚成為了目前主要的研究和設計對象 1 2 智能溫室大棚的主要結構 智能化的溫室大棚可以通過機器對溫室大棚中的參數 進行實時調節(jié) 主要包括光照強度 二氧化碳濃度 溫度和濕 度等對農作物生長影響程度較大的參數 智能化溫室大棚的 主要結構包括了基礎設施 硬件設備和軟件設備3個方面 基礎設施是指農作物生長所必須搭建的一些基本裝置 如栽 種槽 灌溉管 覆蓋膜和中空板框架等 只有搭建好了這些基 本裝置后 才可以安裝智能化調節(jié)所需要的軟硬件設備 硬 件設備主要是指傳感器 通風空調 照明系統(tǒng) 二氧化碳噴 嘴 加濕器 加藥施肥等裝置 這些硬件設備需要借助物聯(lián)網 通過軟件進行連接控制 幫助調節(jié)溫室大棚內部的環(huán)境參 數 軟件設備主要是指種植者對溫室大棚進行調節(jié)的一套系 統(tǒng) 軟件系統(tǒng)有手動調節(jié)和自動調節(jié)兩種模式 可以根據實 際情況來進行靈活處理 2 智能溫室大棚的基本功能 溫室大棚的基本功能主要表現在對農作物生長所需要 的環(huán)境因素進行智能化調節(jié) 使農作物維持在較為合適的生 長狀態(tài)下 對提升農作物產量和品質有極大幫助 2 1 光照強度的調節(jié) 當傳感器上接收到的光通量偏高時 說明溫室大棚內的 光照強度過高 可能會導致農作物的脫水 需要調節(jié)室內照 明設備的亮度 打開室內的遮光簾 光通量較小時 說明溫室 大棚內的光照強度不足 則需要調高燈光亮度 降低遮光簾 的高度 使室內獲得充足的光照 2 2 二氧化碳濃度的調節(jié) 二氧化碳濃度是影響植物光合作用重要的因素之一 碳 元素的積累會影響農作物的品質 當傳感器顯示溫室大棚內 二氧化碳濃度過高時 系統(tǒng)可以開啟排風扇將多余的二氧化 碳排除室外 傳感器顯示數值過低時 二氧化碳噴嘴會自動 開啟 及時補充室內的二氧化碳含量 2 3 溫度的調節(jié) 當溫度傳感器中顯示溫室大棚內的溫度過高時 系統(tǒng)自 動開啟制冷設備 避免因溫度過高導致農作物的脫水 溫度 顯示較低時 可以開啟空調等加熱設備 提高室內溫度 恢復 農作物光合作用的活性 On the System Design of Intelligent Greenhouse Wang Longzhong Dayu Water Saving Group Limited by Share Ltd Jiuquan 735000 Gansu China Abstract There are some differences between crops planted in greenhouse and natural environment but through intelligent equipment improvement it can improve crop quality while providing the best environment for crop growth This paper systematically introduces the concept and structure of intelligent greenhouse and discusses how to design the intelligent system of greenhouse by analyzing the main functions of greenhouse Key words intelligent greenhouse system design 淺談智能溫室大棚的系統(tǒng)設計 王龍忠 大禹節(jié)水集團股份有限公司 甘肅 酒泉 735000 摘 要 溫室大棚種植的作物與在自然環(huán)境種植下會有一定的差異 但通過智能化設備改進 能夠在提供農作物生長最優(yōu)質環(huán)境 的同時提高作物品質 文章系統(tǒng)性地介紹了智能溫室大棚的概念與結構 通過分析溫室大棚的主要功能 討論了如何進行溫室大 棚的智能化系統(tǒng)設計 關鍵詞 智能化 溫室大棚 系統(tǒng)設計 中圖分類號 S625 文獻標志碼 A doi 10 3969 j issn 1673 887X 2020 03 010 文章編號 1673 887X 2020 03 0032 02 農業(yè)裝備 32 Vol 363 No 03 MAR 2020 農業(yè)技術與裝備 AGRICULTURALTECHNOLOGY EQUIPMENT 2 4 濕度的調節(jié) 水分是影響農作物的正常生長的重要成分之一 室內傳 感器中顯示濕度較大時 系統(tǒng)需要開啟排風扇 同時根據溫 度超標的等級對排風扇的轉速進行控制 避免植物根系發(fā)生 腐爛 傳感器數值顯示過低時 需要開啟加濕器或灌溉系統(tǒng) 使農作物可以充分吸收水分 3 智能溫室大棚系統(tǒng)的設計要點 3 1 溫室大棚系統(tǒng)搭建中的硬件設計 溫室大棚系統(tǒng)搭建中的硬件部分可以分為主控單元 監(jiān) 測傳感單元 顯示單元和執(zhí)行控制單元4個部分 首先 溫室大棚的主控單元一般使用單片機進行操控 常見的C51單片機是一種價格適中 性能穩(wěn)定的單片機系 統(tǒng) C51單片機有32位的接口 可以滿足溫室大棚中對光 照 二氧化碳 溫度和濕度4個參數的控制需求 為了使溫室 大棚內的硬件設備在遇到故障時能夠快速恢復到正常工作 狀態(tài) 需要在單片機的主控單元中留下一個復位接口 操作 者可以通過復位接口重啟系統(tǒng) 晶振電路是單片機中的時鐘 信號輸入 晶振的頻率即時鐘的頻率 C51中常用的晶振為 1105 92Mhz 其次 溫室大棚系統(tǒng)中最重要的監(jiān)測傳感單元主要是通 過采集電路和傳感器對溫室大棚中對光照 二氧化碳 溫度 和濕度4個參數進行采集和傳輸的 光照強度可以使用光敏 電阻進行模數轉換獲得光照強度的數值 為了提高數據的準 確性 需要在溫室大棚中的不同位置安裝采集器 二氧化碳 濃度采集電路主要是根據空氣中傳感器采集到的數值進行 傳輸和調控的 溫度控制器可以使用熱敏電阻進行采集 可 以在電路中安裝一個電容進行保護 室內濕度有特殊的濕敏 電阻進行采集和調節(jié) 第三 C51系統(tǒng)中可以使用液晶顯示或數碼管顯示 為 了提高系統(tǒng)的顯示效率 同時節(jié)約單片的接口 1602液晶顯 示能夠更加便捷地對溫室大棚內許多參數進行顯示 1602液 晶屏中的點陣可以顯示字母 符號和數字 比數碼管的顯示 功能更全面 通過接口與系統(tǒng)直接相連 種植者可以直接查 詢到溫室大棚內的參數 對需要調節(jié)的部分進行手動調整 第四 能夠突出溫室大棚智能化的系統(tǒng)即控制執(zhí)行單 元 主要依靠繼電器使控制模塊與執(zhí)行模塊之間產生關聯(lián) 由于智能系統(tǒng)可以實現自動調節(jié)與控制 主要依靠繼電器中 的微弱電流引起系統(tǒng)中大電流的變化 使系統(tǒng)達到 自動 的 狀態(tài) 從直觀角度來看可以開啟或關閉某些電路 3 2 溫室大棚系統(tǒng)搭建中的軟件設計 溫室大棚系統(tǒng)搭建中的軟件系統(tǒng)主要有數據處理 參數 控制 數據庫等部分組成 首先 對傳感器采集到的數據可以直接發(fā)送給計算機 計算機的數據處理模塊需要對數據進行分析和處理 并將相 對應的處理結果發(fā)送給下一個執(zhí)行模塊 在數據的處理過程 中 需要將設定好的標準數據和采集數據進行比較 判斷溫 室大棚內此時的狀態(tài) 其次 軟件系統(tǒng)中對溫室大棚中參數的控制主要是對數 據處理的結果做出相應的響應 即數值高于預設時 系統(tǒng)會 下達必要的指令 使控制單元開啟或關閉某些零件 使溫室 大棚內的參數逐漸恢復到正常狀態(tài) 第三 數據庫是對數據進行存儲的軟件 在溫室大棚的 軟件系統(tǒng)中 需要對數據進行更新處理 但舊的數據不會被 覆蓋 而是由數據庫中不同的存儲單元進行保存 方便種植 者對歷史數據的查驗 3 3 智能溫室大棚系統(tǒng)的調試 智能溫室大棚系統(tǒng)在軟硬件設計完成后需能測試和調 整才能夠投入使用 一方面 設計人員可以對各個模塊進行 分別測試 當各個模塊的功能實現基本完成后 再將其進行 聯(lián)合調試 驗證數據的采集和處理等功能是否完全 另一方 面 需要對系統(tǒng)進行必要的初始化和復位等測試 在智能溫 室大棚中 需要對工作狀態(tài)和工作數據進行保存 當遇到故 障時 簡單的復位不能引起系統(tǒng)的歸零 否則是不成功的設 計 而應該在保存原始信息的基礎上 消除不兼容或錯誤操 作的情況 4 結語 溫室大棚的智能化工作方式能夠帶來極大的便利 對控 制和提高農產品品質也有很大幫助 光照 二氧化碳濃度 溫 度和濕度等是影響農作物光合作用的重要影響因素 智能溫 室大棚通過對這些信號的采集和傳輸 及時調節(jié)參數使其恢 復到更適合農作物生長的數值 智能化溫室大棚已經取得了 一定的實際應用價值 系統(tǒng)整體表現穩(wěn)定 信號傳輸準確 是 未來種植業(yè)的一大新發(fā)展方向和趨勢 參考文獻 1 龔尚福 潘虹 智能溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設計 J 現代電子技 術 2017 19 119 122 2 文燕 基于物聯(lián)網智能溫室大棚系統(tǒng)的構建 J 信息與電腦 2015 17 67 70 3 焦鵬邈 李波 白翠艷 劉浩 劉禧琛 李林琦 節(jié)能型智能溫室大棚控 制系統(tǒng) J 物聯(lián)網技術 2019 9 11 74 76 79 4 朱斌 基于物聯(lián)網的智能溫室系統(tǒng)設計與實現 D 武漢輕工大學 2019 5 孫虹 智能溫室大棚控制系統(tǒng)設計 D 遼寧石油化工大學 2019 6 孫碩碩 郭劉飛 徐志業(yè) 段先清 史澤邦 王玉錦 智能溫室大棚控制 系統(tǒng)設計 J 黃河科技學院學報 2019 21 02 76 78 7 馬鑫堃 衛(wèi)雅娜 基于物聯(lián)網技術的溫室智能監(jiān)控系統(tǒng) J 物聯(lián)網技 術 2018 8 08 101 103 106 8 王華威 智能溫室大棚系統(tǒng)的研究與設計 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