蔬菜大棚溫度控制系統的研究與實現★

劉曉敏 張艷麗 牛國玲

(1．佳木斯大學信息電子技術學院，黑龍江 佳木斯 154007; 2.佳木斯大學機械工程學院，黑龍江 佳木斯 154007)

·計算機技術及應用·

蔬菜大棚溫度控制系統的研究與實現★

劉曉敏1張艷麗2*牛國玲2

(1．佳木斯大學信息電子技術學院，黑龍江 佳木斯 154007; 2.佳木斯大學機械工程學院，黑龍江 佳木斯 154007)

蔬菜大棚的溫度控制系統對蔬菜生長過程中的溫度進行分析，從控制原理和軟件設計方面進行了論述，提出用計算機實現蔬菜大棚中溫度的自動監測和控制的方法，進行了溫度控制系統的研究，達到了提高蔬菜成品質量的效果，解決了蔬菜因為溫度無法控制而影響生長的問題。

蔬菜大棚，溫度，自動監測，自動控制，計算機

近年來，由于我國經濟迅猛的發展，科學技術水平也隨之快速提升，農業也在科技的發展之下得到了推動。我國是世界上的農業大國，農業的發展是我國經濟穩定發展的基礎，因此國家對農業領域的科學技術應用力度加大，而蔬菜大棚就是其中的一種。蔬菜大棚為蔬菜種植提供溫度保障，其能為蔬菜的生長提供一個舒適的溫度環境，可以加快蔬菜生長，提高蔬菜質量。但蔬菜大棚在實際應用過程中也存在較多問題，其重要的問題之一就是如何對蔬菜大棚內部的溫度進行自動化控制，如何找到蔬菜在各個時段和階段最適宜的溫度，保證蔬菜在最適宜的溫度環境下生長。對蔬菜大棚溫度控制系統的研究就是要設計出一套經濟上合理，使用上方便的溫度監測與控制系統。

蔬菜大棚是農業發展中一項重要技術，它對于蔬菜的產量提高有著非常重要的作用，尤其是在寒冷的地區，部分蔬菜難以適應當地的氣溫，采用蔬菜大棚技術可以在這種環境下種植蔬菜，其不僅可以增加當地農民的收入，同時對于我國農業的發展也有著很大的促進作用，因此對蔬菜大棚溫度控制系統的研究是一項十分有意義的課題。

1 溫室溫度自動控制的目標功能

1)能對蔬菜大棚內、外的溫度進行監測，監測的溫度時時顯示在系統的PC管理終端，系統的PC管理終端采用的是一臺計算機設備，其監測到的溫度數據可以進行實時分析。

2)用戶可以預先在控制系統中設定蔬菜生長每個時期需要的適宜溫度，同時能設置系統對溫度是否在預期的溫度范圍內進行實時監測。

3)當蔬菜大棚內的溫度偏離適宜溫度(這個溫度值可以預先設定)一定值時，系統會發出警報，并自動將溫度調整至適宜溫度。

4)系統不僅要實時顯示蔬菜大棚中的溫度，也要記錄一天或者一段時間內蔬菜大棚內溫度變化情況，形成數值分析報告。

2 系統設計的架構

2.1 控制原理

啟動電動機供風循環熱氣流，開啟進氣閥門供熱氣控溫，經過一定時間關閉進氣閥門，打開排氣閥門排氣，按下停止按鈕后，關閉風機，關閉排氣閥，連鎖控制，要求只要一個蔬菜大棚排氣，總排氣閥就要打開，只有總進氣閥打開，才能啟動兩個蔬菜大棚進氣閥。

蔬菜大棚溫度的具體控制流程如圖1所示。

2.2 控制原則

蔬菜大棚溫度控制系統的控制原則主要有以下幾點：

1)控制要實現自動化。整個系統只需要用戶使用前進行簡單的數據輸入，設置一些系統運行的功能。

2)控制要實現智能化。蔬菜大棚的溫度控制要達到使用起來方便、操作簡單、功能多樣化，用戶在計算機上只需要進行簡單的操作就能達到預期的控制效果，系統能對溫度監測數據進行智能分析，同時做出分析報告。

3)控制要實現功能多樣化。整個控制系統是采用一套集溫度監測、溫度分析、溫度報警、溫度調控模塊功能于一體的設備。

2.3 系統模塊

蔬菜大棚溫度控制系統分為兩個部分：1)溫度控制模塊；2)PC端管理模塊。一個系統中有多個溫度控制設備，這些設備可以被同時管理控制，系統與控制設備間的通信是通過關口通信實現的。溫度控制模塊的組成部分包括計算機終端、溫度傳感器、操作按鍵、升溫控制電路、降溫控制電路、聲光報警電路、通信電路等。

溫度控制設備模塊如圖2所示。

溫度模塊控制系統是設計電路圖的基礎，有了溫度模塊控制圖，再選擇相應的軟件就可以設計并繪制出系統的電路圖，因此溫度模塊控制圖是本設計中一個重要的組成部分。

2.4 軟件設計

計算機中的軟件設計目標是：在計算機的存儲器中提前存入固定的溫度上、下限值，當我們設置在蔬菜大棚中的溫度感應器感應到蔬菜大棚中的溫度超過溫度上限值時，系統會通過降溫控制電路控制風機對蔬菜大棚進行降溫操作，而當檢測到蔬菜大棚中的溫度低于設定的溫度下限時，系統就會通過加熱控制電路控制加熱設備升高大棚中的溫度；計算機中的時鐘程序用來讀取并記錄日期和時間；計算機通過顯示電路鏈接一塊液晶顯示大屏幕，大屏幕上能顯示日期、時間、設定的溫度上下限值、蔬菜大棚中的實時溫度以及其他一些狀態信息；計算機中的聲光報警程序能在大棚中溫度偏離設定值范圍時，通過聲光報警電路控制報警器報警。

其設計思路如下：軟件的設計遵循先易后難的步驟，先解決簡單的部分，再集中解決復雜的部分。設計過程如下：驗證風機、加熱燈、指示燈的控制；控制報警器響起來(定時器中斷控制)；響應按鍵的輸入(外部中斷INT0，INT1控制)；讓液晶顯示需要的數據；設計與計算機的通信內容。

軟件的設計采用C語言實現，各個部分的控制偽代碼如下：

1)按鍵、控制引腳定義。

Sbit sc_k1 = p1^6; / / 升溫開關控制按鈕

Sbit sc_k1 = p1^7; / / 降溫開關控制按鈕

Sbit sc_F_IN1 = p1^0; / / 升溫開關控制端

Sbit sc_F_IN2 = p1^1;

Sbit sc_F_IN3 = p1^2; / / 降溫開關控制端

Sbit sc_F_IN4 = p1^3;

2)采集顯示溫度程序。

Float temp = 0.0;

LCD_Initialize_sc( ) ; / / 液晶初始化

LCD_Show_sc String( 0，0，“wenshihouse Test”);

LCD_Show_sc String( 1，0，“TEMP: ”);

Read_Temperature_sc( ); / / 讀取溫度

Delay_ms(800) ; / / 延時

While(1) / / 循環讀取溫度并顯示

{ if( Read_Temperature_sc( ) ) / /讀取溫度正常則轉換并顯示

{ temp = (int) ( Temp_Value_sc[1]< < 8 | Temp_Value_sc[0])*0.0625;

Sprint ( Disp _ Buffer，“% 5． 1f ”， temp_sc ) ;/ / 浮點溫度轉換為字符串

Put Str ( stract ( ( char*) Disp _Buffer，“ r ”) ) ; / / 向計算機發送溫度數字串

Strcat( Disp_Buffer_sc，“ x DF x43”) ; / / 浮點溫度字符串尾部附加攝氏度符號

LCD _ Show_sc String ( 1，7，Disp _ Buffer ) ;/ / 液晶顯示

Delay_ms(50) ;

}

}

3)控制電機程序。

If( k1 = = 0) / / 升溫開關控制

{ delay_ms(10);

If( k1 = = 0) { F_IN1_sc = 1; F_IN2_sc = 1; }

else { F_IN1_sc = 1; F_IN2_sc = 0; }

}

If( k2 = = 0) / / 降溫電機開關控制

{ delay_ms(10) ;

If( k2 = = 0) { F_IN3 = 1; F_IN4 = 1; }

else { F_IN3 = 1; F_IN4 = 0; }}

3 試驗測試與仿真

本次試驗測試與仿真在小型蔬菜溫室大棚中完成，實驗過程中使用風扇對大棚外部溫度進行模擬，試驗分兩次進行，每次實驗記錄溫度變化的時間是8 h，結果如圖3,圖4所示。

從兩次結果可以看出，外部環境的溫度在-10 ℃～22 ℃范圍內時，大棚里面的溫度在溫度控制系統控制下始終保持在28 ℃～23 ℃之間，因此溫度控制系統的控制效果相對較好，也進一步驗證了溫度控制系統的可行性。

4 結語

本文對蔬菜大棚溫度控制系統進行了研究設計，在基于計算機軟件設計的基礎上對整個溫度控制系統進行探討。針對蔬菜大棚溫度控制問題，首先確定了溫度控制的目標，并對整個系統構架進行了初步設計；分析了整個溫度控制系統的控制原理，確定了溫度控制的原則，為之后的設計提供了指導思想；確定了系統的控制模塊；軟件設計是本設計的重點，軟件是整個溫度控制系統的核心，軟件的質量決定了整個系統的質量，因此對軟件設計部分進行了詳細的工作；最后以試驗仿真來驗證了本設計的可行性。

[1] 段乃俠.蔬菜溫室大棚溫度控制系統的設計[J].機械設計與制造工程,2015(12):52-55.

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[3] 李先山.基PLC的蔬菜大棚溫度控制系統[J].蘭州工業高等專科學校學報,2012(4):14-16.

[4] 賈芳云,王大為,屈 毅.蔬菜大棚PID溫度控制系統的設計[J].湖北農業科學,2011(13):2746-2749.

[5] 李振東.蔬菜溫室大棚溫度控制系統[D].青島：中國海洋大學,2010.

[6] 郭清華.蔬菜大棚智能溫度控制系統應用研究[J].安徽農業科學,2008(11):4487-4488.

The research and implementation of temperature control system of vegetable greenhouse★

Liu Xiaomin1Zhang Yanli2*Niu Guoling2

(1.JiamusiUniversityCollegeofInformationandElectronic,Jiamusi154007,China; 2.JiamusiUniversityCollegeofMechanicalEngineering,Jiamusi154007,China)

The temperature control system of the vegetable greenhouse analyses the temperature in the process of the growth. It discusses the control principle and software designment and proposes the method of detecting and controling the temperature of the vegetable greenhouse automatically. Meanwhile, it make a research for the temperature control. This system accomplish a good effect for advancing the vegetable quality and solve the problem of influencing the growth without the temperature control.

vegetable greenhouse, temperature, automatic detecting, automatic control, computer

1009-6825(2017)20-0256-03

2017-01-05★:佳木斯大學校級重點項目《計算機科學與技術專業實施導師制的研究》(項目編號：2017LGL-009);佳木斯大學教研項目(2016JL1015);佳木斯大學學位與研究生教研項目(基于“產、學、研”的研究生創新能力的培養與實踐)

劉曉敏(1980- )，女，碩士，講師

張艷麗(1974- )，女，博士，講師

TP319

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