智能溫室大棚控制系統的設計

楊彥偉 王琦蓮 馮志民 賈宇翔

【摘要】 隨著現代農業生產技術迅猛發展，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控平臺，實現對大棚內部環境的自動檢測；對通風系統、溫控系統、加濕系統、CO2釋放系統、遮陽網系統、補光系統等的自動控制。

【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展，農業生產技術的自動化、智能化成為一種趨勢。越來越多的系統利用計算機技術對農業氣象參數進行監控和采集，一方面可了解作物生長的環境參數，另一方面也可根據采集的參數進行調節從而為農作物的生長提供適宜的生長環境，以實現溫室生產管理自動化、科學化。設計溫室大棚智能調控系統，采用單片機對溫室內的濕度、溫度等環境條件參數進行采集，采集數據可利用接口設備將采集數據傳送給上位PC機進行分析處理。本文將從系統總體設計、系統硬件電路設計、程序流程圖等方面進行描述。

二、系統總體設計方案及系統框圖

2.1系統總體設計方案

本文介紹的溫室大棚智能調控系統，可實現環境數據的監測、調控功能，其系統框圖如圖1所示。其中智能調控單元基于單片機控制下，通過各傳感器采集數據后傳給單片機，單片機經處理通過人機對話接口顯示或報警，同時可以通過內設對溫室進行預置控制，以實現大棚環境的檢測控制功能。

2.2系統主要實現功能

1、傳感模塊：即環境參數監測系統。它依據各類傳感設備可以完成整個棚區所需數據監測的功能。

2、終端模塊：即終端智能控制系統。它可以完成整個棚區進行自動灌溉、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。可以通過聲光報警、語音報警等方式進行預警。本系統采用蜂鳴器和紅LED燈作為聲光報警，當系統檢測到的數據不符合給定的要求時，將進行報警提示。

4、作業模塊：即中央控制室。可通過總控室對整個區域的參數進行控制。

三、系統的硬件設計

3.1系統結構硬件框圖

本系統選取溫室大棚內的溫度、濕度、光照強度以及 CO2 濃度等來作為系統的被控制量，將加熱、加濕、遮陽網、天窗 /側窗、風機等執行機構作為控制手段，對溫室大棚內的環境狀態進行調控，從而使大棚內的植物生長環境達到最佳狀態。

3.2硬件電路設計

在系統各子系統組成電路中，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溫度，當大棚內溫度超過系統所設定值時，系統會自動報警 ，提醒操作人員調節室內溫度。

3）溫濕度傳感器

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

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。當有煙霧時系統報警并提醒工作人員注意大棚內情況。

四、系統的軟件設計

系統上電復位后，首先對各個子系統進行初始化，顯示開機畫面，啟動溫濕度檢測子程序，接收監測信息并將參數顯示于LCD顯示器；然后調用處理子程序進行判斷和控制，執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、結語

本文基于溫室大棚環境參數檢測和控制的要求，設計了以STC89C52單片機為控制核心，實現對溫室大棚內農作物生長過程中溫度、濕度、二氧化碳濃度等參數的監測和控制。該系統性能穩定、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.我國農業溫室控制系統控制模式的研究.農機化研究，2008，10：223-226.

[2] 李偉，段翠芳，滑偉娟.國內外溫室監控系統的發展及趨勢 [J].農業科技與裝備，2010（10）：51-52.

[3] 李慧，劉毅.溫室控制技術的發展方向.林業機械與木工設備[J]，2004（5）：4-5.