智能温室大棚控制系统设计

p收 稿日期 2018 －12 －16基金项目 河南省高等学校大学生创新训练计划项目 S201811834023 ; 郑州市重点建设实验室 电子信息技术实验室 郑 教高 ［2013］109 号 。作者简介 孙硕硕 1996 － ，男 ，河 南商丘市人 ，本科生 ，专业为光电信息科学与工程 。智能温室大棚控制系统设计孙 硕硕 ， 郭刘飞 ， 徐志业 ， 段先清 ， 史泽邦 ， 王玉锦 黄 河科技学院 信息工程学院 ，河南 郑州 450063摘要 近年来反季节种植已成火热趋势 ，温室大棚的普及十分迅速 ，而温室大棚对自动化 、智能化的要求也越来越迫切 ，本系统将温室大棚的温湿度 、二氧化碳浓度各个方面的检测 ，通风 、浇灌 、温度 、喷洒农药等各个方面的控制进行综合系统研究 ，实现温室大棚对自动化 、智能化的要求 。这一系统是基于单片机控制的智能检测 ，控制系统包含单片机主控模块 、感应检测模块 、传感模块 ，显示 、控制模块等［1］。从而提高温室大棚的种植效率 ，减 少劳动力 ，提高利润等 。关键词 单片机 ; 传感器 ; 温室大棚 ; 自动检测控制中图分类号 TP2 文献标识码 B 文章编号 1008 －5424 2019 02 －0076 －03DOI10．19576/j． issn．1008 －5424．2019．02．0170 引 言在我国农业生产占重要地位 ， 随着社会的发展 ，对农业生产的 多样化也提出了新的要求 ， 其中温室大棚越来越受农民的追捧 ， 同时随着温室大棚技术的发展 ， 温室大棚对其自动化 、智能化的要求越来越迫切 。温室大棚技术相对国外发展比较晚 ， 国内对温室大棚的研究相对落后 ， 各个方面都不太成熟 ， 但通过逐渐的研究探索 ， 我国在农业生产上也有了长足的进步 。但温室大棚种植比较复杂 ， 特别在反季节种植 ， 其对温度湿度等参数各个方面的要求比较严格 ， 需要实时进行检测控制 ， 但单靠人工劳动进行工作远远达不到农业生产需求 。那么就迫切需要研制一些自动智能化系统来代替人工劳动 。针对目前温室大棚生产种植技术 ， 本文研究了一种综合系统对温室大棚的空气浓度 、空气湿度 、土壤湿度等的检测 ， 对其通风 、补光 、浇灌 、喷洒农药等自动控制 。从而实现温室大棚对各个方面的需求 ， 实现了自动化 、智能化的现代农业要求［ 2］。1 系 统设计原理本 系统将对大棚进行综合检测控制 ， 通过智能控制调节为温室大棚各种植物提供适宜的生长环境 。其主要的特点就是实现智能检测控制 ，使各种工作系统综合统一进行控制 ， 主要的组成部分有单片机主控单元模块 、感应监测模块 、传感模块 、显示模块 、控制执行模块 。在感应检测系统中完成感应采集与监测温室大棚内各项环境参数的任务 ， 将实时监测到的空气土壤温度 、湿度 、光照强度等参数传输到单片机主控单元模块内 ， 然后进行分析比对 ， 若监测到的参数大于或小于设定参数 ， 则主控单元模块下达执行命令 ，使控制执行模块运作 ， 实现补光 ， 浇灌等命令 ， 使大棚各种参数始终在设定范围内［ 3］。本 系统不再是一个装置只进行一种操作 。而是各个模块相互综合统一执行命令 ， 实现一个装置多种操作的智能化要求 。整体框架如图 1 所示 。图 1 整 体框图第 21 卷 第 2 期Vol．21 No．2黄河科技学院学报JOUＲNAL OF HUANGHE S＆T COLLEGE2019 年 3 月Mar．20192 系 统硬件设计2．1 主 控单元模块本系统采用的是 STC89C51 主控单元芯片 ， 这种芯片是一种低功耗 、高性能 CMOS， 8 位微控制器 ，具有 8K 在系统可编程存储器 512 字节 ＲAM， 32 位I/O 口 线 ， 看 门 狗 定 时 器 ， 内 置 4KB EEPＲOM，MAX810 复位电路 ， 三个 16 位定时器 /计数器 ， 一个6 向量 2 级中断结构 ， 全双工串行口［ 4］。2．1．1 复 位电路为确保微机系统中电路稳定可靠工作 ， 复位电路是必不可少的一部分 ， 复位电路的第一功能是上电复位 ， 本设计采用的是手动按钮复位 ， 手动按钮复位需要人为在复位输入端 ＲST 上加入高电平 ， 一般采用的办法是在 ＲST 端和正电源 Vcc 之间接一个按钮 。当人为按下按钮时 ， 则 Vcc 的 5V 电平就会直接加到 ＲST 端 。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒 ， 所以 ， 完全能够满足复位的时间要求 。2．1．2 晶振电路单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号 。通常一个系统共用一个晶振 ， 便于各部分保持同步 。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振 ， 而通过电子调整频率的方法保持同步 。2．2 监测采集模块2．2．1 温湿采集电路数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的灵敏度较高的温湿度复合传感器 。传感器上电后 ， 要等待一定时间以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令 。电 源 引 脚 VDD， GND 之间可增加一个 100nF 的电容 ， 用以去耦滤波 。2．2．2 土壤湿度采集电路本设计系统采集土壤湿度采用的是湿敏电阻的模数转换原理 。2．2．3 光照采集电路本设计系统采集光照强度采用的是利用光敏电阻的模数转换原理 。光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器 ; 入射光强 ， 电阻减小 ， 入射光弱 ， 电阻增大 。2．3 显示模块1602 液晶也叫 1602 字符型液晶 ， 它是一种专门用来显示字母 、数字 、符号等的点阵型液晶模块 ，它有若干个 5X7 等点阵字符位组成 ， 每个点阵字符位都可以显示一个字符 ， 此显示液晶具有灵敏 、高清晰显示的优点 。2．4 控制执行模块继电器是一种电控制器件 。它具有控制系统和被控制系统之间的互动关系 ， 通常应用于自动化控制电路中 。它实际上是用小电流去控制大电流动作的一种 “自动开关 ”， 故在电路中起着自动调节 、安全保护 、转换电路等作用［ 4］。3 系 统软件设计 、调试测试本 综合控制系统程序采用 C 语言编写 、主程序中采用定时 、查询方式对各个参数信号进行实时采样比对 ， 并且对各个分模块进行编程 ， 进行分项调试之后进行整个系统的总联调试 ， 并在系统中上传各个分项子程序的软件设计方案 ， 对硬件系统进行调试 ， 实验结果证实 ， 本系统可以实现预期的信号采集 、数据处理 、数据存储以及数据传输等功能［ 5］。本 系统在温室大棚中进行测试 ， 测试过程中通过各种传感器实时监测温度 、湿度 、光照等各个参数 ， 通过液晶显示出来 ， 单片机接收到传感器传来的数据与单片机自身预先设计的数据相对比 ， 如有参数与设定参数不符 ， 则下指令给控制执行模块从而自动进行通风 、浇水等的操作 。测试系统流程图如图 2 所示 。图 2 系 统流程图77孙硕硕 ，等 智能温室大棚控制系统设计4 结 语本 系统综合利用传感器数据传输 、实时监测数据参数 、智能自动控制等技术 ， 通过检测实时环境的温湿度等参数与设定值的比较 ， 自动只能选择相应的控制模块进行相应的调整 ， 实现温室大棚的自动化职能控制 ， 通过研究智能温室大棚控制系统测试正常 ， 运行稳定 ， 完全符合各项参数要求 。并且随着温室大棚的应用推广和普及 ， 只需要根据种植农作物要求参数 ， 调整相关参数就能在任何种类的温室大棚中使用 ， 减轻生产的劳动负担 ， 提高种植的效率 ， 并且本系统成本较低 ， 综合性能优越 ， 未来市场潜力巨大［ 6］。另 外 ， 将该系统稍作改动之后 ， 还可以进一步应用到其他需要控制温湿度的空间中 ， 且具有良好的适应性和可操作性 。参考文献 ［1］ 韩力英 ，杨宜菩 ，王杨 ，等 ． 基于单片机的温室大棚 智能监控系统设计 ［J］． 中国农机化学报 ，2016 1 65 －68．［2］ 孙 凯 ． 基于单片机的智能温室控制系统的设计 ［J］． 自动化技术与应用 ，2008，27 8 101－103．［3］ 李 东 ，李文哲 ． 采用单片机进行离子电流燃烧诊断控制 ［J］． 东北农业大学学报 ，2008 1125．［4］ 褚 向前 ，朱武 ． 温室温度多传感器数据融合［J］． 农机化研究 ，2008 4 180 －185．［5］ 舒 君 ，杨恒玲 ，朱俊标 ，等 ． 关于温室大棚智能控制系统的研究 ［J］． 信息与电脑 理论版 ，2017 10 94 －95．［6］ 刘 立功 ，徐志刚 ，崔瑾 ，等 ． 光环境调控及 LED在蔬菜设施栽培中的应用和前景 ［J］． 中国蔬菜 ，2009 14 1 －5．DESIGN OF CONTＲOL SYSTEM FOＲ INTELLIGENT GＲEENHOUSESUN Shuoshuo，GUO Liufei，XU Zhiye，DUAN Xianqing，SHI Zebang，WANG Yujin Huanghe Science and Technology College，School of Ination Engineering Zhengzhou，Henan 450063Abstract In recent years，counter － season planting has become a hot trend featuring the rapid popularizationof greenhouse and urgent requirement for the automation and intellectualization of greenhouse． This paper offers acomprehensive and systematic study of the monitoring of temperature，humidity and carbon dioxide concentration inthe greenhouse and the control of ventilation，irrigation，temperature and pesticide spraying in order to achieve au-tomation and intellectualization in greenhouse． This system is based on the intelligent detection controlled by singlechip computer with the control system including the main control module，induction detection module，sensing mod-ule，display and control module of single chip computer，which is effective in improving planting efficiency ofgreenhouse，reducing labor force and increasing profits．Key Words single chip computer; sensor; greenhouse; automatic detection and control87黄河科技学院学报/p