基于單片機(jī)的智能溫室大棚系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn).pdf

10 11 科技資訊 SCIENCE Greenhouse greenhouse STM32 MCU Senso Bluetooth 1 引言 1 1 課題研究的背景和意義 在生活智能化要求下 作為人類所從事的最持久的行 業(yè) 也是人類社會文明基礎(chǔ)的農(nóng)業(yè) 并沒有死氣沉沉的 相反發(fā)展得如火如荼 智能農(nóng)業(yè)已經(jīng)智能化時代的重要組 成部分 智能農(nóng)業(yè)充分利用了現(xiàn)代通信技術(shù)和電子電力技 術(shù) 將各種傳感器和控制模塊有效連接實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)智能養(yǎng) 護(hù) 系 統(tǒng) 在 農(nóng) 業(yè) 種 植 中 的 許 多 方 面 發(fā) 揮 著 十 分 關(guān) 鍵 的 作 用 如 種 子 檢 測 智 能 種 植 作 物 檢 測 生 長 環(huán) 境 的 改 變 和 保持等 而智能化溫室大棚正是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)智能化的一個 很好的實(shí)物載體 智能化溫室大棚能夠通過各類環(huán)境監(jiān) 測傳感器及無線傳感器實(shí)現(xiàn)對植物生長環(huán)境的實(shí)時監(jiān)控 及數(shù)據(jù)傳輸 前期運(yùn)用計算機(jī)將植物的生長狀況 土壤溫 濕度 光照強(qiáng)度等收集起來 得出最佳的自適應(yīng)植物生長 環(huán)境條件導(dǎo)入系統(tǒng) 通過與實(shí)時數(shù)據(jù)的對比 使系統(tǒng)能夠 自主實(shí)現(xiàn)改變植物生長環(huán)境的功能 將環(huán)境保持在最佳的 最合適的狀態(tài) 從而提高農(nóng)作物的產(chǎn)量 進(jìn)而提高我國農(nóng) 民 的 生 活 品 質(zhì) 為 我 國 農(nóng) 業(yè) 現(xiàn) 代 化 做 出 突 出 貢 獻(xiàn) 1 2 主要內(nèi)容 該課題通過分析智能溫室大棚的背景及意義 并結(jié)合 作者簡介 孟凡宇 1996 男 遼寧大連人 碩士研究生 研究方向 計算機(jī)技術(shù) 國內(nèi)外的智能溫室大棚系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 自行 制定并開發(fā)出一套適合我國北方的智能化的溫室大棚控 制系統(tǒng) 首先完成溫室大棚的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 包括溫室大棚的 整體機(jī)械架構(gòu) 使其能做到保溫通風(fēng)效果好 采光面積大 等特點(diǎn) 接下將溫室大棚劃分區(qū)域 并將各類裝置合理安 裝 搭 建 出 仿 真 度 極 高 的 智 能 化 溫 室 大 棚 實(shí) 物 模 型 2 系統(tǒng)概述 2 1 溫室大棚架構(gòu)參數(shù)簡介 說明 此次課題主要設(shè)計的是單層的 塑料覆蓋的 單 面采光的利用混合材料搭建的溫室大棚 所以以下溫室大 棚參數(shù)主要針對于此類溫室大棚 此類溫室大棚的主要構(gòu)成部分包括承重骨架 后背墻 體 后屋面墻體 側(cè)面墻體 覆蓋材料 保溫維護(hù)設(shè)施等 如圖1所示 2 2 系統(tǒng)設(shè)計方案 目前國內(nèi)溫室大棚主要集中在北方 具有覆蓋面積集 中 建 設(shè) 規(guī) 整 且 分 布 均 勻 等 特 點(diǎn) 同 時 由 于 北 方 的 雨 雪 天 氣頻繁出現(xiàn) 所以該課題研究的基于單片機(jī)的智能溫室大 棚系統(tǒng)劃分為3個子系統(tǒng) 以應(yīng)對北方溫室大棚所處的環(huán) 10 11 科技資訊 SCIENCE TECHNOLOGY INFORMATION 科技資訊 2020 NO 03 SCIENCE TECHNOLOGY INFORMATION 信 息 技 術(shù) 境 其中包括遠(yuǎn)程監(jiān)視控制子系統(tǒng) 藍(lán)牙傳輸子系統(tǒng) 實(shí) 時檢測處理子系統(tǒng) 該系統(tǒng)將整個的溫室大棚劃分兩個實(shí)時檢測控制區(qū) 域 經(jīng) 過 3 個 子 系 統(tǒng) 的 相 互 配 合 不 僅 可 以 實(shí) 現(xiàn) 對 溫 室 大 棚的實(shí)時自動監(jiān)測和分區(qū)控制 同時分區(qū)控制還分為遠(yuǎn)程 手動控制以及實(shí)時檢測系統(tǒng)的自動控制 同時為防止由于 不 可 預(yù) 知 因 素 影 響 藍(lán) 牙 傳 輸 子 系 統(tǒng) 工 作 的 情 況 發(fā) 生 將 在 實(shí)時檢測控制子系統(tǒng)中添加優(yōu)先級高于自動控制的手動 控制功能 但初始化時此功能將處于關(guān)閉狀態(tài) 可在后期 手中開啟 3 系統(tǒng)調(diào)試與分析 在系統(tǒng)的硬件焊接完成后 進(jìn)行通電測試 本系統(tǒng)采 用獨(dú)立電池的供電方式 利用Arduino 2560單片機(jī)進(jìn)行降 壓 完成對顯示屏 hc 05藍(lán)牙 LED信號燈 蜂鳴器的供 電 當(dāng)通電后 系統(tǒng)初始化正常 功能測試如下 首先當(dāng)系統(tǒng)初始化完成后 開始通過矩陣鍵盤設(shè)置各 個溫室環(huán)境條件的控制范圍 通過按D鍵設(shè)置并確定 之 后按A鍵 啟動數(shù)據(jù)接收功能LED1信號燈點(diǎn)亮 數(shù)據(jù) 開始接收 并顯示到LCD 12864顯示屏 表示數(shù)據(jù)接收功 圖1 溫室大棚組成成分介紹圖 圖2 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)初始化圖 圖3 啟動遠(yuǎn)程控制功能實(shí)現(xiàn)圖 圖4 歷史數(shù)據(jù)查詢功能實(shí)現(xiàn)圖 圖5 數(shù)據(jù)顯示功能實(shí)現(xiàn)圖 下轉(zhuǎn)13頁 12 13 科技資訊 SCIENCE TECHNOLOGY INFORMATION 科技資訊 2020 NO 03 SCIENCE TECHNOLOGY INFORMATION 信 息 技 術(shù) 能正常 按下B鍵 啟動手遠(yuǎn)程功能 LED2信號燈點(diǎn)亮 此時按下矩陣鍵盤上的的按鍵 溫室大棚相應(yīng)的執(zhí)行設(shè) 施開始工作 按下C鍵 啟動歷史數(shù)據(jù)查詢功能LED3信號 燈燈點(diǎn)亮 通過矩陣鍵盤輸出查詢?nèi)掌诤?顯示屏顯示出 歷史數(shù)據(jù) 同時人為的過度改變溫室環(huán)境 當(dāng)某一條件超 出 設(shè) 定 范 圍 或 者 失 火 時 時 蜂 鳴 器 及 L E D 4 信 號 燈 紅 色 開 始 工 作 綜 合 以 上 該 系 統(tǒng) 全 部 功 能 均 已 實(shí) 現(xiàn) 見 圖 2 至 圖 5 4 結(jié)語 該課題完成了一種基于單片機(jī)的智能溫室大棚系統(tǒng)的 設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)主要采用STM32型以及Arduino型單片 機(jī)的開發(fā)技術(shù) 藍(lán)牙的無線傳輸技術(shù)以及各種環(huán)境傳感 器的檢測技術(shù) 最終以硬件系統(tǒng)的形式進(jìn)行呈現(xiàn) 完成狀 況達(dá)到課題所要求效果 該硬件系統(tǒng)能較好地模擬實(shí)際 溫室大棚的環(huán)境 完成整個智能化系統(tǒng)功能 在實(shí)時檢測處理系統(tǒng)中 現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集 且傳輸 情 況 良 好 達(dá) 到 了 及 時 準(zhǔn) 確 的 效 果 雖 然 不 同 數(shù) 據(jù) 的 精 度 控制有所偏差 但是總體上符合課題要求 不影響實(shí)際的 應(yīng)用 其中空氣溫濕度檢測方面達(dá)到了最佳效果 基本上 無偏差 測量精度為1度左右 其他數(shù)據(jù)精度也完全在預(yù)期 范圍內(nèi) 同時雨水 火焰?zhèn)鞲衅髂軠?zhǔn)確檢測到是否下雨或 失火 以輔助完成收攏保溫設(shè)施及滅火的功能 并且水泵 等其他調(diào)節(jié)環(huán)境設(shè)施控制也基本上實(shí)現(xiàn)了自動控制和手 動控制 在遠(yuǎn)程監(jiān)視控制系統(tǒng)中 數(shù)據(jù)的接收狀態(tài)良好能夠 完成數(shù)據(jù)存儲及歷史數(shù)據(jù)查看的功能 其中由于硬件內(nèi)存 的有限 所以數(shù)據(jù)的存儲以小時為單位進(jìn)行存儲 每一 小時存儲一組數(shù)據(jù) 并存儲的數(shù)據(jù)會定期刪除更新 在數(shù) 據(jù)顯示方面設(shè)置了LCD 12864顯示屏分別顯示溫室內(nèi)兩 個區(qū)域的數(shù)據(jù) 以達(dá)到清晰可辨的目的 設(shè)置了矩陣鍵盤 通過手動按鍵向系統(tǒng)發(fā)送對應(yīng)命令 因此遠(yuǎn)程監(jiān)視控制系 統(tǒng)功能全部完成 參考文獻(xiàn) 1 劉定策 伍家鴻 王浩 等 基于STC單片機(jī)的名貴花卉全 自動養(yǎng)護(hù)智能裝置 J 自動化與儀表 2019 8 73 76 2 李澤熙 荊嘉寧 周欣欣 基于單片機(jī)設(shè)計的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn) 練探究 J 現(xiàn)代鹽化工 2019 3 164 165 3 王杰 基于51單片機(jī)的電容電感測量儀設(shè)計 J 科技創(chuàng) 新與應(yīng)用 2019 24 32 33 2 3 1 電氣模糊控制與人工智能 速度控制通用控制組所需的人工智能技術(shù)是直流旋 轉(zhuǎn)控制 可以促進(jìn)快速調(diào)速 在模糊控制中 交流旋轉(zhuǎn)控 制的形式是一個很好的應(yīng)用 交流旋轉(zhuǎn)控制形式的核心部 分是推理引擎 2 3 2 網(wǎng)絡(luò)控制中關(guān)于人工智能的運(yùn)用 網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)依賴于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 在電氣控制行業(yè) 的信號處理和信息識別中起著非常重要的作用 例如 網(wǎng) 絡(luò)控制技術(shù)基于并行結(jié)構(gòu) 極大地提高了系統(tǒng)監(jiān)控和在 線警告的準(zhǔn)確性 在應(yīng)用該技術(shù)的過程中 誤差反轉(zhuǎn)也用 于執(zhí)行有效的信號傳播 并實(shí)現(xiàn)電控制信息共享 根據(jù)節(jié) 點(diǎn)數(shù)據(jù) 非線性函數(shù)等計算非線性函數(shù)的近似值 并將計 算出的數(shù)據(jù)及時地傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)控制層 動態(tài)控制方法用于 調(diào)整系統(tǒng)數(shù)據(jù) 及時明確電氣控制設(shè)備和監(jiān)控系統(tǒng)的最大 速度值 根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng) 確定電氣控制自動化設(shè)備所需的 時間 并確保設(shè)備的控制范圍 通過控制電流和節(jié)點(diǎn)信息 來控制電流以控制轉(zhuǎn)子速度 2 3 3 人工智能在電氣控制自動化作業(yè)中的運(yùn)用實(shí)例 人工智能技術(shù)的優(yōu)勢在模糊網(wǎng)絡(luò)在電氣控制自動化中 的運(yùn)用中得到了很好的展示 可以憑借故障診斷功能來進(jìn) 行系統(tǒng)中故障問題的檢修 進(jìn)行主動故障排除和處理 同 時改進(jìn)故障排除技術(shù)計算機(jī)系統(tǒng)用于診斷故障 故障分 析應(yīng)用于監(jiān)控系統(tǒng)模糊網(wǎng)絡(luò)的邏輯思維 通過以上這些 步驟 建立合理的框架在整個框架之下 故障診斷能力 得到了提高 從而也提高了作業(yè)人員的專業(yè)水平 人工智 能管理可以及時定位故障發(fā)生點(diǎn) 并通過系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì) 分析 然后使用人工智能語言對故障進(jìn)行檢測和處理 及 時顯示相關(guān)檢測信息 方便員工充分掌握系統(tǒng)運(yùn)行信息 保證系統(tǒng)故障處理的準(zhǔn)確性和積極性 3 結(jié)語 電氣自動化控制系統(tǒng)和智能技術(shù)的結(jié)合是雙贏的 夠有效提高電氣自動化系統(tǒng)的生產(chǎn)效率 進(jìn)一步推動智 能技術(shù)的發(fā)展 生產(chǎn)企業(yè)的市場競爭力得到了很大提高 人們的工作生活方式也發(fā)生了深刻的變化 在未來的工作 中 對電氣自動化控制系統(tǒng)與智能技術(shù)相結(jié)合的研究應(yīng)該 更加深入 這將極大地促進(jìn)智能技術(shù)的更新和升級 從而 帶動電氣自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展 進(jìn)一步推動中國社會經(jīng) 濟(jì)的快速發(fā)展 參考文獻(xiàn) 1 馬仲雄 淺談電氣自動化控制中的人工智能技術(shù) J 電子 技術(shù)與軟件工程 2014 11 246 247 2 王慶海 電氣自動化控制中的人工智能技術(shù)研究 J 數(shù)字 技術(shù)與應(yīng)用 2016 8 21 22 3 葉水春 談人工智能在電氣自動化控制中的應(yīng)用 J 中國 科技縱橫 2013 12 101 上接11頁 中國核心期刊 遴選 數(shù)據(jù)庫收錄期刊 中國期刊全文數(shù)據(jù)庫收錄期刊 中文科技期刊數(shù)據(jù)庫收錄期刊 中外醫(yī)療 雜志歡迎投稿 電話 010 67348481 63385386 傳真 010 63385686 E mail zwylbjb 地址 北京市豐臺區(qū)菜戶營58號財富西環(huán)名苑2609室 中外醫(yī)療 雜志社 郵編 100054