德州學(xué)院機(jī)電工程學(xué)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(tǒng)的研制

德州學(xué)院機(jī)電工程學(xué)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(shè)計了一套溫室大棚智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)Υ笈飪?nèi)的溫濕度進(jìn)行采集，利用溫濕度傳感器將溫室大棚內(nèi)溫濕度的變化，變換成數(shù)字量，其值由單片機(jī)處理，最后由單片機(jī)去控制液晶顯示器，顯示溫室大棚內(nèi)的實(shí)際溫濕度，同時通過與預(yù)設(shè)量比較，對大棚內(nèi)的溫度進(jìn)行自動調(diào)節(jié)?？蓱?yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的溫室大棚，實(shí)現(xiàn)對溫度的實(shí)時控制，是一種比較智能、經(jīng)濟(jì)的方案，應(yīng)用前景廣闊。

【關(guān)鍵詞】智能大棚；網(wǎng)絡(luò)化；節(jié)能

1 引言

對于溫室成片的農(nóng)業(yè)園區(qū)，物聯(lián)網(wǎng)也可實(shí)現(xiàn)自動信息檢測與控制。通過配備無線傳感節(jié)點(diǎn)，每個無線傳感節(jié)點(diǎn)可監(jiān)測各類環(huán)境參數(shù)。通過接收無線傳感匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)，進(jìn)行存儲、顯示和數(shù)據(jù)管理，可實(shí)現(xiàn)所有基地測試點(diǎn)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(jù)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(shí)現(xiàn)溫室集約化、網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程管理。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)普及應(yīng)用，普通用戶可以通過計算機(jī)或手機(jī)隨時接收各種實(shí)時采集的精確傳感器數(shù)據(jù)，還可以通過遙控溫室內(nèi)的視頻傳感器，觀察溫室的全面情況。產(chǎn)品出圃后，可以由對應(yīng)的條形碼，隨時檢索到其流通過程。業(yè)界普遍認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)智能監(jiān)控系統(tǒng)將在設(shè)施農(nóng)業(yè)中得到更廣泛應(yīng)用（見圖1）。

2 工作原理

蔬菜大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括傳感器電路、數(shù)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(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)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(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)格式，一次通訊時間5ms左右，具體格式在下面說明，當(dāng)前數(shù)據(jù)傳輸為40bit，高位先出。

③GND 接地，電源負(fù)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(jī)的各個擴(kuò)展端口上。用開發(fā)板將程序下載到單片機(jī)內(nèi)部，再將單片機(jī)放到最小系統(tǒng)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(diào)整，使其輸出5V電壓，按下電源開關(guān)，此時電源指示燈變亮，經(jīng)過短暫的上電自動復(fù)位后，程序?qū)㈤_始運(yùn)行。并且在數(shù)碼管上顯示當(dāng)前的溫濕度值，并具有以下特點(diǎn)：

（1）體積小、重量輕[1]。

（2）功耗小、效率高[2]。

圖2 結(jié)構(gòu)原理框圖

（3）穩(wěn)壓范圍寬[3]。

（4）穩(wěn)定性和可靠性高[4]。

2.3 主機(jī)單元

單片機(jī)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(yù)置的溫濕度范圍值進(jìn)行比較，然后通過繼電器控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對大棚進(jìn)行相關(guān)的操作，以保證大棚的溫濕度范圍能夠在預(yù)置的范圍內(nèi)。數(shù)碼顯示管可實(shí)現(xiàn)溫濕度值的實(shí)時顯示。上位機(jī)可通過通信接口模塊接收經(jīng)溫濕度傳感器從單片機(jī)傳送過來的溫濕度值，形成作物生長的圖表，也可以直接設(shè)置溫濕度值和控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)對大棚進(jìn)行相關(guān)操作。

3 結(jié)語

溫室大棚是采用透光覆蓋材料作為全部或部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)，具有一定環(huán)境調(diào)控設(shè)備，用于低于不良天氣條件，保證作物能正常生長發(fā)育的農(nóng)業(yè)建筑設(shè)施。溫室的功能是在自然環(huán)境的逆境狀況下，能創(chuàng)造適于作物生長發(fā)育的環(huán)境條件，進(jìn)行有效生產(chǎn)。以短波輻射為主的太陽輻射通過溫室采光材料進(jìn)入溫室后使室內(nèi)地溫和氣溫升高而轉(zhuǎn)化為長波輻射，長波輻射又被溫室覆蓋材料阻隔在溫室內(nèi)，從而形成室內(nèi)熱量的積聚，使室內(nèi)溫度提高，這一過程稱之為“溫室效應(yīng)”。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(jié)通過提高室內(nèi)溫度創(chuàng)造作物生長的適宜黃靜來達(dá)到作物反季節(jié)生產(chǎn)和提高作物產(chǎn)量的目的。但隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，溫室生產(chǎn)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過“溫室效應(yīng)”的概念。目前，利用高科技技術(shù)可以對溫室內(nèi)的各種環(huán)境銀子，包括溫度、光照、濕度、二氧化碳等進(jìn)行自動控制和調(diào)節(jié)，根據(jù)生產(chǎn)作物的生長習(xí)性和市場的需要，部分地甚至完全擺脫自然環(huán)境的約束，人為創(chuàng)造適宜作物生長的最佳環(huán)境，生產(chǎn)出高品質(zhì)、高產(chǎn)量的產(chǎn)品，以滿足不同消費(fèi)者群體的需要。

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盧士林（1995－），男，山東濟(jì)南人，大學(xué)本科生。

作者簡介：