智能大棚控制系統的設計與構想

[摘 要] 本文介紹一種智能大棚控制系統的設計與構想。其是將智能化控制系統應用到大棚種植上，利用最先進的生物模擬技術，模擬出最適合棚內植物生長的環境，采用溫度、濕度、CO2、光照度傳感器等感知大棚的各項環境指標，并通過微機進行數據分析，由微機對棚內的水簾、風機、遮陽板等設施實施監控，從而改變大棚內部的生物生長環境。

[關鍵詞] 智能大棚；控制系統；STC89C52

[中圖分類號] TP273.5 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-7909（2017）18-85-2

1 智能大棚控制系統概述

智能大棚，可以使傳統農作物的種植不再受自然環境、地域、氣候等多方面不可控因素的影響，對推動農業生產、提高農業生產力有著積極的作用。智能大棚的控制系統是實現這一切自動化、高效化的關鍵。

相比存在諸多問題的傳統人工控制大棚，運用控制系統的智能大棚有著顯著的優勢，如可以在準確測量大棚溫濕度等多種環境數據，并根據所得到的環境數據進行自動調節，達到節省人力物力，提高生產資源的使用效率，降低生產成本等多個目的。而且智能控制系統運行可靠、成本低，有著極強的功能擴展性，其直接結果就是促進農作物的生長，提高產量，在為農民帶來良好經濟效益的同時帶來顯著的社會效益。

基于單片機的智能控制系統是通過一種微處理器進行系統控制，以單片機作為控制器以實現控制功能。該系統的特點是小體積、低成本、低功耗、擴展性強及適用范圍廣。本構想采用目前市場應用最為廣泛的STC89C52單片機作為控制器，其被廣泛應用于生產生活中，有著良好的口碑和成熟的設計。

2 智能大棚控制系統的優點

①節省人工成本，降低因人為原因導致減產等不利后果的可能性。

②采用智能化的控制系統，能夠對環境條件的改變作出及時反饋，使得大棚內的環境參數始終處于合理的范圍內。

③提高生產資源的利用效率。

④提高農作物的產量，增加種植者的收入。

⑤系統強大的擴展性可在經過少量編程或增加其他外部設備后，面向不同的農作物進行服務。

3 智能控制系統原理

①二氧化碳傳感器檢測大棚內的二氧化碳，并將數值反饋至STC89C52，STC89C52檢測回傳數值是否達到閾值，若達到閾值則驅動電機帶動風扇轉動對大棚進行通風處理，待二氧化碳濃度降低至合適范圍時，則關閉電機。

②溫度、濕度監測傳感器共同作用，檢測大棚內的溫濕度，并與濕度調節模塊、溫度調節模塊協同維持大棚內溫濕度處于較為穩定、合適的狀態。

③亮度監測傳感器感知大棚內的光照情況，在光照過于強烈時會通過亮度控制模塊驅動電機帶動遮陽板的運動，在亮度過低的情況下進行補光處理。

4 基于單片機的大棚智能控制系統的設計

基于單片機的大棚智能控制系統設計結構如圖1所示，各部分的功能分別如下。

4.1 主模塊

4.1.1 時鐘電路。時鐘電路的作用是為系統操作提供時間基準。

4.1.2 復位電路。為寄存器進行初始化。

4.1.3 核心芯片STC89C52。8 k字節Flash，512字節RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，內置4 kB EEPROM，MAX810復位電路，3個16位定時器/計數器，4個外部中斷，1個7向量4級中斷結構（兼容傳統51的5向量2級中斷結構），全雙工串行口。另外，STC89C52可降至0 Hz靜態邏輯操作，支持2種軟件可選擇節電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35 MHz，6 T/12 T可選。

4.2 數據采集模塊

采用市售的溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器、光線傳感器，用戶可根據自己需求和經濟能力選購不同規格和靈敏度的傳感器。

4.3 LED顯示模塊

將環境數值顯示在LED屏上。從性價比上考慮，選擇LCD1602字符式顯示器，該顯示器的顯示容量是16×2個字符，帶I2C模塊的LCD1602連接到核心芯片STC89C52單片機上。

4.4 報警模塊

當環境條件觸發報警條件時，自動報警，以方便工作人員采取措施。報警系統采用聲光報警機制，報警時LCD燈會亮，同時報警器也會蜂鳴，從而引起管理人員的注意。

4.5 電機

直流電機可通過調節電壓大小就可以調速，比較方便。步進電機通過脈沖數來控制其步數，步進電機控制更加穩定，且扭矩更大，用戶可根據需求自行選擇。

5 結語

基于單片機開發的智能大棚控制系統，在實現資源高效利用的同時降低了生產成本，對于提高大規模種植業的生產效率有著顯著作用。同時，對于需要精確控制水肥條件的種植業有著顯著的影響，未來應用前景十分廣泛。