孟凡宇

摘 ?要：隨著經濟發(fā)展，我國的農業(yè)已經度過機械化進程，同時農業(yè)的發(fā)展一直離不開一種基本承載設施——溫室大棚，溫室大棚已經成為農業(yè)養(yǎng)殖的主流，使其智能化對農業(yè)的整體發(fā)展具有重大的意義。該文主要研究了基于單片機的智能化溫室大棚系統，具有植物生長環(huán)境監(jiān)測，數據采集、傳送、分析、儲存，遠程手動控制及系統自動控制改變植物生長環(huán)境等功能。通過前期溫濕度、光照等信息的采集，形成信息庫，并分析出最適合植物生長的環(huán)境條件，將其設定成基本參數，系統以此實現自動調溫、補光、灌溉、保溫、運輸等功能。

關鍵詞：智能化 ?溫室大棚 ?STM32型單片機 ?傳感器 ?藍牙

中圖分類號：TP273 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）01（c）-0010-03

Abstract： With the development of economy， China's agriculture has gone through the process of mechanization. At the same time， the development of agriculture has been inseparable from a basic bearing facility - greenhouse， greenhouse has become the mainstream of agricultural breeding， making its intellectualization has great significance for the overall development of agriculture.This paper mainly studies the Intelligent Greenhouse System Based on single-chip computer， which has the functions of monitoring plant growth environment， data acquisition， transmission， analysis， storage， remote manual control and automatic control system to change plant growth environment. Through collecting the information of temperature， humidity， light and so on， the information database is formed， and the most suitable environmental conditions for plant growth are analyzed， and the basic parameters are set. The system realizes the functions of automatic temperature regulation， light supplement， irrigation， heat preservation， transportation and so on.

Key Words： Intelligent; Greenhouse greenhouse; STM32 MCU; Senso; Bluetooth

1 ?引言

1.1 課題研究的背景和意義

在生活智能化要求下，作為人類所從事的最持久的行業(yè)，也是人類社會文明基礎的農業(yè)，并沒有死氣沉沉的，相反發(fā)展得如火如荼，智能農業(yè)已經智能化時代的重要組成部分。智能農業(yè)充分利用了現代通信技術和電子電力技術，將各種傳感器和控制模塊有效連接，實現農業(yè)智能養(yǎng)護系統，在農業(yè)種植中的許多方面發(fā)揮著十分關鍵的作用，如種子檢測、智能種植、作物檢測、生長環(huán)境的改變和保持等。而智能化溫室大棚正是實現農業(yè)智能化的一個很好的實物載體。智能化溫室大棚能夠通過各類環(huán)境監(jiān)測傳感器及無線傳感器實現對植物生長環(huán)境的實時監(jiān)控及數據傳輸，前期運用計算機將植物的生長狀況、土壤溫濕度、光照強度等收集起來，得出最佳的自適應植物生長環(huán)境條件導入系統，通過與實時數據的對比，使系統能夠自主實現改變植物生長環(huán)境的功能，將環(huán)境保持在最佳的最合適的狀態(tài)，從而提高農作物的產量，進而提高我國農民的生活品質，為我國農業(yè)現代化做出突出貢獻。

1.2 主要內容

該課題通過分析智能溫室大棚的背景及意義，并結合國內外的智能溫室大棚系統的研究現狀及發(fā)展趨勢，自行制定并開發(fā)出一套適合我國北方的智能化的溫室大棚控制系統。

首先完成溫室大棚的整體結構設計，包括溫室大棚的整體機械架構，使其能做到保溫通風效果好，采光面積大等特點;接下將溫室大棚劃分區(qū)域，并將各類裝置合理安裝;搭建出仿真度極高的智能化溫室大棚實物模型。

2 ?系統概述

2.1 溫室大棚架構參數簡介

說明：此次課題主要設計的是單層的、塑料覆蓋的、單面采光的利用混合材料搭建的溫室大棚，所以以下溫室大棚參數主要針對于此類溫室大棚。

此類溫室大棚的主要構成部分包括承重骨架、后背墻體、后屋面墻體、側面墻體、覆蓋材料、保溫維護設施等，如圖1所示。

2.2 系統設計方案

目前國內溫室大棚主要集中在北方，具有覆蓋面積集中，建設規(guī)整且分布均勻等特點，同時由于北方的雨雪天氣頻繁出現，所以該課題研究的基于單片機的智能溫室大棚系統劃分為3個子系統，以應對北方溫室大棚所處的環(huán)境，其中包括遠程監(jiān)視控制子系統、藍牙傳輸子系統、實時檢測處理子系統。

該系統將整個的溫室大棚劃分兩個實時檢測控制區(qū)域，經過3個子系統的相互配合，不僅可以實現對溫室大棚的實時自動監(jiān)測和分區(qū)控制，同時分區(qū)控制還分為遠程手動控制以及實時檢測系統的自動控制。同時為防止由于不可預知因素影響藍牙傳輸子系統工作的情況發(fā)生，將在實時檢測控制子系統中添加優(yōu)先級高于自動控制的手動控制功能，但初始化時此功能將處于關閉狀態(tài)，可在后期手中開啟。

3 ?系統調試與分析

在系統的硬件焊接完成后，進行通電測試，本系統采用獨立電池的供電方式，利用Arduino 2560單片機進行降壓，完成對顯示屏、hc-05藍牙、LED信號燈、蜂鳴器的供電，當通電后，系統初始化正常，功能測試如下。

首先當系統初始化完成后，開始通過矩陣鍵盤設置各個溫室環(huán)境條件的控制范圍，通過按D鍵設置并確定，之后按A鍵，啟動數據接收功能，LED1信號燈燈點亮，數據開始接收，并顯示到LCD 12864顯示屏，表示數據接收功能正常;按下B鍵，啟動手動遠程功能，LED2信號燈點亮，此時按下矩陣鍵盤上的的按鍵，溫室大棚相應的執(zhí)行設施開始工作;按下C鍵，啟動歷史數據查詢功能LED3信號燈燈點亮，通過矩陣鍵盤輸出查詢日期后，顯示屏顯示出歷史數據;同時人為的過度改變溫室環(huán)境，當某一條件超出設定范圍（或者失火時）時，蜂鳴器及LED4信號燈（紅色）開始工作，綜合以上，該系統全部功能均已實現（見圖2至圖5）。

4 ?結語

該課題完成了一種基于單片機的智能溫室大棚系統的設計與實現，系統主要采用STM32型以及Arduino型單片機的開發(fā)技術、藍牙的無線傳輸技術以及各種環(huán)境傳感器的檢測技術，最終以硬件系統的形式進行呈現，完成狀況達到課題所要求效果，該硬件系統能較好地模擬實際溫室大棚的環(huán)境，完成整個智能化系統功能。

在實時檢測處理系統中，實現了數據的采集，且傳輸情況良好，達到了及時準確的效果，雖然不同數據的精度控制有所偏差，但是總體上符合課題要求，不影響實際的應用，其中空氣溫濕度檢測方面達到了最佳效果，基本上無偏差，測量精度為1度左右，其他數據精度也完全在預期范圍內;同時雨水、火焰?zhèn)鞲衅髂軠蚀_檢測到是否下雨或失火，以輔助完成收攏保溫設施及滅火的功能，并且水泵等其他調節(jié)環(huán)境設施控制也基本上實現了自動控制和手動控制。

在遠程監(jiān)視控制系統中，數據的接收狀態(tài)良好，能夠完成數據存儲及歷史數據查看的功能，其中由于硬件內存的的有限，所以數據的存儲以小時為單位進行存儲，每一小時存儲一組數據，并存儲的數據會定期刪除更新，在數據顯示方面設置了LCD 12864顯示屏分別顯示溫室內兩個區(qū)域的數據，以達到清晰可辨的目的，設置了矩陣鍵盤，通過手動按鍵向系統發(fā)送對應命令，因此遠程監(jiān)視控制系統功能全部完成。

參考文獻

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