基于物聯網技術的溫室大棚控制系統設計

楊國慶

摘 要：隨著物聯網技術的普及和應用，AT89S52單片機已經成為溫室大棚技術控制系統中的核心。AT89S52單片機主要的結構是以主從或者雙單片機為主，負責數據采集、轉化以及防御系統的工作，進而獲取溫室大棚的溫度、濕度、土壤成分、CO2的濃度以及光照等方面的數據。而單片機的顯示輸出數據，通過控制灌溉系統、照明系統、溫度控制系統等調節溫室大棚的溫度、濕度以及光照等。

關鍵詞：物聯網技術；溫室大棚；系統性能

中圖分類號：TP391.44 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）30-0079-02

1 概 述

在物聯網技術迅猛發展的時代，新的技術越來越快地應用到各個行業生產活動中，溫室大棚控制系統的優化設計也離不開物聯網技術的支撐。物聯網技術能夠將溫室大棚中不同的結構聯系起來，而聯系不同的結構則需要現代網絡通信方式（Internet of things）作為中介技術。

從根本上來講，網聯網就是將不同的物體（包括硬件和軟件）相聯系的一個綜合的網絡系統。在農業溫室大棚系統中，物聯網的應用省去了人工勞動，在系統內的物體可通過物聯網技術互相連接起來。

2 基于物聯網的溫室大棚控制系統的設計策略

從生產的角度來講，新技術的應用主要是為了提高生產效率。但農業生產與現代科學技術相結合還要考慮到技術應用的成本。因此，應用物聯網技術設計溫室大棚控制系統要考慮到技術應用成本以及溫室大棚控制系統的高效性能。基于各種因素考慮，設計策略如下：

MSP430主控制器在總體上將溫室大棚控制系統的各個結構板塊聯結，提升控制系統的性能。MSP430主控制器在基礎上能夠協調各方，從全局上控制各個分系統的運轉。在數據信息的搜集和處理技術上，系統內部設計A/D生成技術進行數據管理和信息處理，溫室大棚各個分系統能夠在一個共同的主控制器指令下進行分工合作，共同完成各個板塊的任務。外部數據SWTR系統將系統內容的數據信息進行整理，建立系統數據信息管理庫。

在此基礎上，外部數據SWTR系統能夠提取數據信息管理庫中的各項信息參數，調節溫度控制系統（比如加熱爐）、風力控制系統（風機）、灌溉系統（如噴灌或者滴管技術）以及照明系統（日光燈、熒光燈）等，此外，外部數據SWTR系統還能夠發出名利命令，控制各個分系統，這就能夠最及時地反應溫室大棚內部的各項數據情況，而且能夠及時優化溫室大棚內部的環境，提升農作物的生長速率，改善農作物的生長環境，使農作物的成活率更高，最終提高農作物的產量。在這個設計策略中，設計理念是提升系統反應的速度，提高溫室大棚控制系統的運作速率。從這個角度來講，我們要提高顯示器的反應速度，而MSP430主控制器能夠在總體上控制液晶顯示器，也就是說，當MSP430控制溫度控制系統（比如加熱爐）、風力控制系統（風機）、灌溉系統（如噴灌或者滴管技術）以及照明系統（日光燈、熒光燈）等等主要系統時，將這一系列系統的數據傳輸到液晶顯示器上，并且能夠以最快速度將數據顯示出來，然后有進行數據整理工作，這個過程中，從數九信息搜集到顯示的時間大大縮短，系統的反應速度大大提高。在系統終端，可以設置4個端口，設置這4個端口主要目的是拓寬數據信息的傳輸渠道，MSP430主控制器能夠運用A/D生成技術將4個端口形成一個封閉的循環通道，數據信息在這個通道內快速地生成。在系統調節板塊，我們運用TGS4160智能傳感器搜集溫室大棚CO2濃度信息。這個設計策略在技術上能夠充分利用物聯網信息的性能，最大限度地提升溫室大棚控制系統的總體性能。控制系統設計策略結構，如圖1所示。

3 溫室大棚控制系統設計策略分析

3.1 系統優化技術分析

從技術優化的層面來分析，溫室大棚控制系統的性能需要優化不同的結構系統。上文分析的設計策略是基于物聯網控制技術的特點以及現代農業發展的規律進行闡述的。就系統優化技術來說，AT89S52單片機作為溫室大棚控制系統的基礎，基于物聯網技術的溫室大棚控制系統的核心控制器則是MSP430單片機，溫室大棚的關鍵控制技術則是改進版AT89S52單片機，運用改進版單片機技術有一個最大的優點就是性能高，功能消耗比較少，運行成本也比較低。溫室大棚控制系統基于物聯網優化技術將不同的結構有效的聯系起來，提高整個系統的總體性能。

3.2 傳感器技術性能分析

從傳感器技術優化的角度分析，溫室大棚控制系統總體上都改進了傳感器技術的性能，提高了數據檢測的精度。比如，溫室大棚的控制系統采用數字化傳感器技術，一般是運用SHT10智能化溫度和濕度控制傳感器對溫室大棚控制系統進行檢測。SHT10傳感器技術能夠將控制技術最優化，優化溫室大棚內部的環境，及時地將數據進行優化整合。設計策略采用多向控制傳感技術，TMP275是傳感器的核心，它能夠實時監控溫室大棚內部的空氣濕度以及土壤水分，保證農作物能夠吸收到充足的水分，同時也能調節空氣的溫度和濕度。

3.3 系統性能分析

通過系統優化技術分析，發現物聯網技術的應用在一定程度上提升了溫室大棚控制系統的性能。就傳感器技術而言，溫室大棚控制系統結合了現代物聯網技術的理念，因為DS18B20傳感器技術搜集溫室大棚內部的數據信息，它減少了控制板塊的邊緣組件，快速傳輸檢測到的數據信息，減去了部分轉化環節。但是它忽略了溫室大棚控制系統的總體調節功能，不能有效地將整體的數據進行調節。從總體性能分析，每個設計策略都提高了系統性能，都有各自的特點。

4 溫室大棚控制系統設計程序分析

本文所分析的溫室大棚控制系統主要是以現代傳感器和控制器技術為依托。溫室大棚控制系統的電路圖，如圖2所示，以及流程圖，如圖3所示的系統主要程序是以傳感器、控制器、通信系統以及下位機構成，下位機連接主控制器，與控制器和傳感器形成閉路系統，互相聯通。如圖3所示，傳感器進行數據檢測并搜集數據，最終將數據傳輸到單片機。單片機作為控制器的主要儀器，分析傳感器傳輸的數據，并進行篩選，對于不符合要求的數據則繼續檢測下一類數據。比如，單片機在最開始時檢測濕度傳感器的數據，如果數據符合要求（Y），則分析土壤濕度傳感器的數據；如果不符合要求（N），則分析空氣溫度傳感器的數據，并且進入溫度控制器系統，調節溫度控制器的溫度，以使空氣溫度和濕度帶到合適的范圍。主系統程序就是以這樣的原理進行工作，使溫室大棚內部的環境達到最佳。

5 結 語

本文分析基于物聯網技術的溫室大棚控制系統設計策略原理以及特點，旨在提升溫室大棚控制系統的總體性能。雖然不同的優化策略都有優缺點，但是它們提高了系統運轉效率。不論是AT89S52單片機技術還是MSP430單片機技術，它們都能在總體上調控各個系統的運轉。此外，不同的傳感器技術也優化了溫度控制系統 、風力控制系統、灌溉系統以及照明系統的性能。

參考文獻：

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