陳一鵬 任軒呈

摘 要：針對(duì)溫室大棚智能管理系統(tǒng)，闡述了太陽(yáng)能供電、溫濕度檢測(cè)、溫濕度調(diào)節(jié)控制、CPU最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路以及相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)，通過調(diào)試與試驗(yàn)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的正確性，同時(shí)系統(tǒng)采用太陽(yáng)能供電，解決了戶外溫室大棚供電困難的難題，具有一定的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：溫室大棚；滴灌；太陽(yáng)能；溫濕度調(diào)節(jié)

進(jìn)入21世紀(jì)后，溫室環(huán)境控制技術(shù)在國(guó)內(nèi)得到了較快的發(fā)展。總體上看，我國(guó)溫室農(nóng)業(yè)的自動(dòng)化水平及智能化技術(shù)程度與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，還處于落后水平，并且與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在著較大的差距。因此，研制適合我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展國(guó)情的溫室大棚控制系統(tǒng)，具有重要意義。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

綜合考慮溫室大棚智能管理系統(tǒng)的要求、功能以及獲取電源困難等問題，采用太陽(yáng)能供電方案，單片機(jī)為系統(tǒng)控制核心，對(duì)大棚的溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)數(shù)據(jù)采集、處理結(jié)果，啟動(dòng)滴灌系統(tǒng)或排風(fēng)設(shè)備，圖1為系統(tǒng)總體方案框圖。

2 溫濕度傳感器選擇

溫室大棚的智能管理系統(tǒng)的性能源于溫室大棚溫濕度的精確檢測(cè)，為此本次設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際情況，選擇了數(shù)字式溫濕度傳感器DHT11。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是單總線數(shù)據(jù)格式，硬件連接時(shí)只需將其數(shù)據(jù)引腳與CPU的I/O引腳直接相連即可。

3 溫濕度調(diào)節(jié)控制設(shè)計(jì)思想

溫濕度調(diào)節(jié)的執(zhí)行設(shè)備主要是滴灌設(shè)備和排風(fēng)設(shè)備，本次設(shè)計(jì)中采用太陽(yáng)能直流方式供電，所以此次設(shè)計(jì)采用直流風(fēng)機(jī)及直流電磁閥作為執(zhí)行設(shè)備。電業(yè)安全工作規(guī)程中將電壓等級(jí)分為12V、24V、36V等，考慮到設(shè)計(jì)的適用性，采用12V的電磁閥實(shí)現(xiàn)滴灌控制功能，采用12V的風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)排風(fēng)功能。繼電器或場(chǎng)效應(yīng)管都可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)量控制，但繼電器式多應(yīng)用于交流控制，場(chǎng)效應(yīng)管多用于直流控制，因此采用了晶閘管60N06實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)與電磁閥控制。

4 CPU控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

溫室大棚智能管理系統(tǒng)主要是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度與濕度，根據(jù)溫濕度情況控制滴灌開關(guān)或風(fēng)機(jī)開關(guān)動(dòng)作，系統(tǒng)對(duì)速度以及精度不是很高，為降低成本，提高系統(tǒng)的性價(jià)比，設(shè)計(jì)中采用ATMEL公司的89系列的AT89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控制CPU；為了實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室大棚溫濕度閾值設(shè)定以及顯示，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的顯示電路及鍵盤電路，其中顯示部分采用液晶顯示器LCD1602，按鍵部分采用了4個(gè)獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)。

5 太陽(yáng)能發(fā)電電路設(shè)計(jì)思想

考慮到夜間以及陰天等因素，太陽(yáng)能電池板給蓄電池充電，然后由蓄電池給系統(tǒng)供電，保證了供電的連續(xù)性。綜合考慮風(fēng)機(jī)和電磁閥的工作電壓為12V，所以選擇了12V的鉛酸蓄電池；蓄電池的充電電壓要高于其工作電壓的20%～30%，系統(tǒng)總功率約為60W，所以采用100W的24V太陽(yáng)能電池板。

考慮到24V的電壓等級(jí)，太陽(yáng)能電池板電壓的高低電壓波動(dòng)，所以在穩(wěn)壓部分采取先將太陽(yáng)能取得電壓降至23V，再將23V電壓升至30V作為充電電壓，降壓芯片及升壓芯片分別選擇lm2576和lm2577。

6 系統(tǒng)軟件思想

在軟件設(shè)計(jì)部分，首先初始化LCD1602顯示模塊，初始化界面顯示，然后對(duì)濕度進(jìn)行處理判斷，如果濕度值小于設(shè)定值，則CPU發(fā)出控制命令，啟動(dòng)滴灌系統(tǒng)中的電磁閥進(jìn)行滴灌，否則跳過滴灌控制程序?qū)囟冗M(jìn)行處理，如果溫度值大于設(shè)定值則CPU發(fā)出控制命令風(fēng)機(jī)啟動(dòng)進(jìn)行通風(fēng)降低溫度，否則跳過風(fēng)機(jī)控制程序，采用脈寬調(diào)制（PWM）模式對(duì)電磁閥進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)滴灌節(jié)約水資源。

7 結(jié)論

針對(duì)溫室大棚智能管理系統(tǒng)，完成了太陽(yáng)能供電電路、溫濕度檢測(cè)電路、溫濕度調(diào)節(jié)控制電路、CPU最小系統(tǒng)等部分設(shè)計(jì)與制作，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)機(jī)調(diào)試，實(shí)踐運(yùn)行結(jié)果證明了設(shè)計(jì)方案的正確性。

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