溫室大棚智能控制系統的研制

德州學院機電工程學院 盧士林 李彩霞 梁麗梅 蓋 越 王 冰

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溫室大棚智能控制系統的研制

德州學院機電工程學院 盧士林 李彩霞 梁麗梅 蓋 越 王 冰

【摘要】針對目前溫室大棚溫濕度控制存在的問題，設計了一套溫室大棚智能控制系統。該系統能夠對大棚內的溫濕度進行采集，利用溫濕度傳感器將溫室大棚內溫濕度的變化，變換成數字量，其值由單片機處理，最后由單片機去控制液晶顯示器，顯示溫室大棚內的實際溫濕度，同時通過與預設量比較，對大棚內的溫度進行自動調節。可應用于農業生產的溫室大棚，實現對溫度的實時控制，是一種比較智能、經濟的方案，應用前景廣闊。

【關鍵詞】智能大棚；網絡化；節能

1 引言

對于溫室成片的農業園區，物聯網也可實現自動信息檢測與控制。通過配備無線傳感節點，每個無線傳感節點可監測各類環境參數。通過接收無線傳感匯聚節點發來的數據，進行存儲、顯示和數據管理，可實現所有基地測試點信息的獲取、管理和分析處理，并以直觀的圖表和曲線方式顯示給各個溫室的用戶，同時根據種植植物的需求提供各種聲光報警信息和短信報警信息，實現溫室集約化、網絡化遠程管理。

隨著物聯網技術普及應用，普通用戶可以通過計算機或手機隨時接收各種實時采集的精確傳感器數據，還可以通過遙控溫室內的視頻傳感器，觀察溫室的全面情況。產品出圃后，可以由對應的條形碼，隨時檢索到其流通過程。業界普遍認為，物聯網農業智能監控系統將在設施農業中得到更廣泛應用（見圖1）。

2 工作原理

蔬菜大棚智能監控系統結構主要包括傳感器電路、數碼管顯示、報警電路及串口通信幾個部分，如圖2所示。

2.1 供電方式

①VCC 供電3.3-5.5VDC

DHT21的供電電壓為5V。傳感器上電后，要等待1s 以越過不穩定狀態在此期間無需發送任何指令。電源引腳（VCC，GND）之間可增加一個100nF 的電容，用以去耦濾波。

②DATA 串行數據，單總線接口

DATA 用于微處理器與DHT21之間的通訊和同步，采用單總線數據格式，一次通訊時間5ms左右，具體格式在下面說明，當前數據傳輸為40bit，高位先出。

③GND 接地，電源負極

2.2 工作原理及性能分析

溫濕度傳感器DHT11的1、3、4腳和杜邦線焊接好后分別連接到單片機的各個擴展端口上。用開發板將程序下載到單片機內部，再將單片機放到最小系統板上。將電源引線接到電源適配器上，給電源適配器作電壓調整，使其輸出5V電壓，按下電源開關，此時電源指示燈變亮，經過短暫的上電自動復位后，程序將開始運行。并且在數碼管上顯示當前的溫濕度值，并具有以下特點：

（1）體積小、重量輕[1]。

（2）功耗小、效率高[2]。

圖2 結構原理框圖

（3）穩壓范圍寬[3]。

（4）穩定性和可靠性高[4]。

2.3 主機單元

單片機作為控制器，可以接收溫度和濕度傳感器從大棚中獲取的溫濕度信息，將這些信息與預置的溫濕度范圍值進行比較，然后通過繼電器控制執行機構，對大棚進行相關的操作，以保證大棚的溫濕度范圍能夠在預置的范圍內。數碼顯示管可實現溫濕度值的實時顯示。上位機可通過通信接口模塊接收經溫濕度傳感器從單片機傳送過來的溫濕度值，形成作物生長的圖表，也可以直接設置溫濕度值和控制執行機構對大棚進行相關操作。

3 結語

溫室大棚是采用透光覆蓋材料作為全部或部分圍護結構，具有一定環境調控設備，用于低于不良天氣條件，保證作物能正常生長發育的農業建筑設施。溫室的功能是在自然環境的逆境狀況下，能創造適于作物生長發育的環境條件，進行有效生產。以短波輻射為主的太陽輻射通過溫室采光材料進入溫室后使室內地溫和氣溫升高而轉化為長波輻射，長波輻射又被溫室覆蓋材料阻隔在溫室內，從而形成室內熱量的積聚，使室內溫度提高，這一過程稱之為“溫室效應”。溫室正式利用“溫室效益”，在作物不適于露地生長的寒冷季節通過提高室內溫度創造作物生長的適宜黃靜來達到作物反季節生產和提高作物產量的目的。但隨著科學技術的進步，溫室生產已遠遠超過“溫室效應”的概念。目前，利用高科技技術可以對溫室內的各種環境銀子，包括溫度、光照、濕度、二氧化碳等進行自動控制和調節，根據生產作物的生長習性和市場的需要，部分地甚至完全擺脫自然環境的約束，人為創造適宜作物生長的最佳環境，生產出高品質、高產量的產品，以滿足不同消費者群體的需要。

參考文獻

[1]楊敏麗.中國農業機械化與提高農業國際競爭力研究[D].北京:中國農業大學,2003.

[2]趙同賀編著.新型開關電源典型電路設計與應用[M].機械工業出版社,2010.156-158.

[3]王水平,武芒,彭學愚.開關電源及其發展動態[J].電子科技,1996(2):3-10.

[4]莊貴陽.節能減排與中國經濟的低碳發展.氣候變化研究進展,2008(9):303-308.

[5]Maxim Integrated.MAX1679 datasheet[E].1999.09.

[6]蔡健榮,李玉良,范軍等.成熟柑橘的圖像識別及空間定位研究[J].微計算機信息,2007(12):224～225,314.

盧士林（1995－），男，山東濟南人，大學本科生。

作者簡介：