【正文】 溫室大棚自動(dòng)控制系統(tǒng)是 配備有溫室環(huán)境控 制系統(tǒng)的資源集約型高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，它在調(diào)控溫室內(nèi)小氣候環(huán)境以適應(yīng)作物生長(zhǎng)發(fā)育要求的同時(shí)，不僅實(shí)現(xiàn)了作物的反季節(jié)生產(chǎn)，還提高了作物的質(zhì)量以及作物生產(chǎn)的效率。在這種控制中，溫度、濕度、 C02 含量、光照等被控量之間存在著強(qiáng)烈的相互關(guān)系，某個(gè)被控量的改變，會(huì)影響到其他被控量的變化 。包括溫度調(diào)節(jié)、濕度調(diào)節(jié)、光照調(diào)節(jié)和二氧化碳施放程序 。 河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 27 硬件結(jié)構(gòu) 該系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖 所示，它由 3 部分組成：（ 1） 信號(hào)轉(zhuǎn)換部分。濕度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，通過(guò)對(duì)溫室天窗、側(cè)窗啟閉部件以及噴霧器的控制以完成對(duì)濕度的調(diào)節(jié)。 2. 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)主要完成對(duì)傳感器子系統(tǒng)傳送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換和采樣。 河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 25 第 5 章 溫室大棚監(jiān) 測(cè) 控制系統(tǒng) 近年來(lái)，我國(guó)的設(shè)施農(nóng)業(yè)得到了較大的發(fā)展，溫室大棚作為新的農(nóng) 作物種植技術(shù)，已突破了傳統(tǒng)農(nóng)作物種植受地域 、自然環(huán)境、氣候等諸多因素的限制，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重大意義。 常用的 GPRS AT 指令以及設(shè)置 通過(guò) PC 的超級(jí)終端使用 AT 命令對(duì) GPRS 模塊進(jìn)行控制 ,從而實(shí)現(xiàn) SOCKET 通信。該語(yǔ)言庫(kù)函數(shù)豐富 、運(yùn)算速度快、占用資源少、可靠性高。此外 ,主控制器同時(shí)完成系統(tǒng)參 數(shù)測(cè)量 ,數(shù)據(jù)存儲(chǔ) , LCD 顯示以及與上位機(jī)通信等功能。通過(guò)連接開(kāi)通 GPRS 功能的 SIM 卡系統(tǒng)就能夠通過(guò) GPRS 網(wǎng)絡(luò)河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 23 連接到 Inter 上。 溫室參數(shù)的 LCD顯示 LCD 模塊選用帶中文字庫(kù)的 FYD128640402B ,它是可以顯示 8 4 行 1616漢字的帶背光的液晶模塊。保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù) ,可以通過(guò)表格控件顯示其數(shù)據(jù) ,也可以通過(guò)圖形控件畫(huà)出用戶所需的各種曲線。下位機(jī)系統(tǒng)以 AVR 單片機(jī)ATmega16 為核心 ,采用數(shù)字溫濕度傳感器 SHT15 測(cè)量溫室溫度和濕度。系統(tǒng)的可靠性包括軟件的可靠性和硬件的可靠性。軟件誤差主要是指異常數(shù)據(jù)的干擾和數(shù)值處理的精度。通訊模塊功能是與下位機(jī)經(jīng)行數(shù)據(jù)的傳輸。上位機(jī)每隔 10 分鐘查詢一次所有的下位機(jī) ,將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)行處理 ,排除干擾值 ,確定當(dāng)前的溫室大棚的溫度和濕度 ,同時(shí)將其顯示在 LCD 屏上。主要完成的工作是溫度信號(hào)與濕度信號(hào)的采集 ,同時(shí)傳輸給上位機(jī)。解決此問(wèn)題的關(guān)鍵是大力發(fā)展農(nóng)業(yè)科技 ,逐步走向農(nóng)業(yè)現(xiàn)代 化。主程序在調(diào)用測(cè)試子程序 ,顯示子程序和判斷按鍵之間循環(huán) ,主程序圖見(jiàn)圖 。設(shè)計(jì)采用 2 級(jí)減法運(yùn)算放大電路實(shí)現(xiàn) (圖 ) 圖 測(cè)量 CO2電路的減法電路 . 微處理器系統(tǒng) 微處理器選擇 ATMEL公司生產(chǎn)的 AT89C51單片機(jī) ,A/D轉(zhuǎn)換器選用 ADC0809,利用 ADC0809轉(zhuǎn)換器三態(tài)輸出鎖存功能 ,直接與 AT89C51的總線相連接口電路如圖 所示 ,按鍵電路設(shè)計(jì)為 4 個(gè)按鍵 ,其中 SW4 是復(fù)位鍵 ,另 3 個(gè)是功能鍵。 C2 是固定電容 ,為了獲得最佳的靈敏度放大系數(shù)取其電容值為 180 pF,由此將相對(duì)濕度的基準(zhǔn)點(diǎn)定為 55%,并且與濕度傳感器 HS1100 的電容 CT 構(gòu)成一開(kāi)關(guān)電容分壓放大電路 , CT 與 C2 的連接點(diǎn)電壓 UC 為運(yùn)放的同相輸入電壓信號(hào) , U02 為運(yùn)放輸出電壓信號(hào) ,其輸入 /輸出特性 :當(dāng)輸入電壓 UC 減小時(shí) ,輸出電壓 U02增大。直流電壓 +12V 通過(guò)電阻 R電位器 RP1 加到 AD590上 ,AD590 的輸出電流在 R1 , RP1 上產(chǎn)生電壓降 ,使放大器 I CL7650S 反相輸入端的電位隨溫度而變化 ,在其輸出端獲得與被測(cè)溫度成正比的直流電壓。 下面給出主程序流程圖，如 附錄 所示： 溫室大棚種植提高了人們的生活水平并得到了迅速的推廣和應(yīng)用 .溫室大棚種植的環(huán)境 ,如溫度、濕度和二氧化 碳含量等是對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)影響最大的因素 ,傳統(tǒng)的人工檢測(cè)方式難以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)綜合生態(tài)信息管理與科學(xué)種植的要求 ,國(guó)內(nèi)對(duì)溫室大棚參數(shù)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用尚在起步階段 ,而引進(jìn)國(guó)外具有多功能的大型連棟溫室控制系統(tǒng)價(jià)格昂貴 ,很難適合中國(guó)農(nóng)村的實(shí)際需求 .為此 ,作者研制了一種性價(jià)比較高、運(yùn)行可靠的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) ,以適合中國(guó)溫室大棚種植科學(xué)化管理的推廣與應(yīng)用。 單片機(jī)串行通信的工作方式如下 : MOV TMOD, 25H；選用定時(shí)器 T1 作為波特率發(fā)生器 ,工作模式 2。 濕度的控制同樣是通過(guò)開(kāi)關(guān)窗和溫室內(nèi)噴淋來(lái)實(shí)現(xiàn)光照控制是通過(guò)遮陽(yáng)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)太陽(yáng)的光照強(qiáng)度高于設(shè)定的光照值時(shí)，關(guān)遮陽(yáng)網(wǎng)，低于設(shè)定的值， 開(kāi)遮陽(yáng)網(wǎng)，滴灌控制是當(dāng)土壤水分傳感器的值低于設(shè)定的值時(shí)，打開(kāi)滴灌裝置進(jìn)行灌溉。通過(guò)對(duì) AT89S51 定時(shí)器 T0 的計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)定時(shí)，每 15min 采集 1 次，用定時(shí)器 T ,定時(shí)來(lái)確定三個(gè)參量的采集時(shí)間間隔，定為 。主控器控制功能主要包括調(diào)濕、調(diào)溫和室外保溫等控制。 1%RH 典型值， 50%RH， 5 年時(shí)間內(nèi) 供電電壓 4～ 9VDC（傳感器在 5 VDC 下標(biāo)定） 消耗電流 5 VDC,2mA 典型值 9 VDC 輸出電壓 V1=V0[(sensor%RH)] 溫度補(bǔ)償 RH=(sensor %RH)/() 河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 圖 HIH3610輸出電壓與濕度的關(guān)系曲線 3. 光照傳感器 光照傳感器選用硅太陽(yáng)能電池的感應(yīng)元件及濾光系統(tǒng)構(gòu)成光照傳感器 , 該傳感器將 0150000LX 的光照信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)運(yùn)放電路放大為 0ⅴ 5ⅴ電壓輸出。 該傳感器的性能指標(biāo)如表 所示。河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 后者建立在前者的基礎(chǔ)上，前者適于我國(guó)農(nóng)村個(gè)體經(jīng)營(yíng)的現(xiàn)狀。溫室獨(dú)立控制系統(tǒng)上還包擴(kuò)各種人機(jī)界面和數(shù)據(jù)傳輸接口 ,實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交換方式以及實(shí)時(shí)參數(shù)的設(shè)定。為此 ,針對(duì)簡(jiǎn)易 日光溫室對(duì)溫度、 濕度以及光照度等環(huán)境因素的控制要求 ,設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了基于 STC89C58RD +單片機(jī)的低成本溫室自動(dòng)化控制系統(tǒng)。根據(jù)需要，通過(guò)按鍵將溫度信息輸入 MCU，根據(jù)情況可隨時(shí)調(diào)節(jié)環(huán)境。目前我國(guó)絕大部分自主開(kāi)發(fā)的大型現(xiàn)代化溫室及引進(jìn)的國(guó)外設(shè)備都屬于這種控制方式。生產(chǎn)一線的種植者既是溫室環(huán)境的傳感器，又是對(duì)溫室作物進(jìn)行管理的執(zhí) 行機(jī)構(gòu)，他們是溫室環(huán)境控制的核心。而溫室設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù)是環(huán)境控制，該技術(shù)的最終目標(biāo)是提高控制與作業(yè)精度。國(guó)外的溫室設(shè)施己經(jīng)發(fā)展到比較完備的程度，并形成了一定的標(biāo)準(zhǔn)，但是價(jià)格非常昂貴，缺乏與我國(guó)氣候特點(diǎn)相適應(yīng)的測(cè)控軟件。 當(dāng)前農(nóng)業(yè)溫室大棚大多是中、 小規(guī)模， 要在大棚內(nèi)引人自 動(dòng)化控制系統(tǒng)，改變?nèi)咳斯す芾淼?方式，就要考慮系統(tǒng)的成本，因此，針對(duì)這種狀況，結(jié)合郊區(qū)農(nóng)戶的需要， 設(shè)計(jì)了一套低成本的溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)。在農(nóng)業(yè)種植問(wèn)題中，溫室環(huán)境與生物的生長(zhǎng)、發(fā)育、能量交換密切相關(guān)，進(jìn)行環(huán)境測(cè)控是實(shí)現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動(dòng)化、科學(xué)化的基本保證，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合作物生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律，控制環(huán)境條件， 使作物達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的栽培目的。以蔬菜大棚為代表的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)設(shè)施在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大的作用。該系統(tǒng)采用傳感器技術(shù)和單片機(jī)相結(jié)合，由上位機(jī)和下位機(jī) ( 都用單片機(jī)實(shí)現(xiàn) ) 構(gòu)成，采用 485 接口進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)溫室大棚自動(dòng)化控制。而當(dāng)今大多數(shù)對(duì)大棚溫度、濕度、二氧化碳含量的檢 測(cè)與控制都采用人工管理，這樣不可避免的有測(cè)控精度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大及由于測(cè)控不及時(shí)等弊端，容易造成不可彌補(bǔ)的損失，結(jié)果不但大大增加了成本，浪費(fèi)了人力資源，而且很難達(dá)到預(yù)期的效果。 國(guó)外對(duì)溫室環(huán)境控制技術(shù)研究較早，始于 20 世紀(jì) 70 年代。通過(guò)對(duì)溫室內(nèi)外的氣候狀況和對(duì)作物生長(zhǎng)狀況的觀測(cè)，憑借長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)推測(cè)及判斷，手動(dòng)調(diào)節(jié)溫室內(nèi)環(huán)境。 （ 3） 智能化控制。溫室環(huán)境自動(dòng)化控制系統(tǒng)在大型現(xiàn)代化溫室的利用，是設(shè)施栽培高新技術(shù)的體現(xiàn)。 控制方案設(shè)計(jì) 植物的生長(zhǎng)是在一定環(huán)境中進(jìn)行的 ,在生長(zhǎng)過(guò)程中受到環(huán)境中各種因素的影響 ,其中對(duì)植物生長(zhǎng)影響最大的是溫度、濕度和光照度。本控制系統(tǒng)采用宏晶科技公司生產(chǎn) STC 51 系列單片機(jī)控制器 ( STC89C58RD + )。對(duì)于單棟溫室大棚控制系統(tǒng)，設(shè)置了獨(dú)立的 控制和顯示等功能，并設(shè)置了 RS232 和 RS485 通訊接口，便于和上位機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)集散控制系統(tǒng)，其模式如圖 。但當(dāng)該濕度傳感器工作的溫度發(fā)生變化時(shí)，相同的濕度值，其輸出電壓值 也將不同，其輸出電壓與濕度的關(guān)系曲線如圖 所示，因此該傳感器在使用時(shí)還需進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 4. 土壤水分傳感器 土壤水 分傳感器采用中科院南京土壤研究所研制的電阻式土壤濕度傳感器，該傳感器由陶頭、塑料連接管、壓阻傳感器 、真空表頭四部分組成，該傳感器輸出為電壓值 此電壓值雖能反映出土壤水勢(shì)的狀態(tài)變化 但它不能直觀地反映土壤水勢(shì)指標(biāo)值，所以需對(duì)傳感器 進(jìn)行重新標(biāo)定。調(diào)濕，通過(guò) AT89C55 控制加熱爐和風(fēng)機(jī)完成升溫，室內(nèi)降溫主要通過(guò)排氣扇完成和風(fēng)機(jī)完成。溫室內(nèi)布置有溫度、濕度、土壤水分、光照傳 感器、溫度傳感器將采集的信號(hào)送到 89C51 內(nèi)的定時(shí)器 T0的輸入端 , 通過(guò)對(duì)定時(shí)器 T0 的計(jì)數(shù) ,實(shí)現(xiàn)溫度的采集 。 3. 通信模塊 通訊模塊可將采集到的參量傳到上位機(jī)，并接收上位機(jī)發(fā)來(lái)的控制信息。 MOV TH1, 0F3H；定時(shí)器初植 ,波特率為 1200B/S。 測(cè)試系統(tǒng)的組成及原理 本系統(tǒng)采用最簡(jiǎn)捷的數(shù)字采集系統(tǒng)將其動(dòng)態(tài)參數(shù)實(shí)時(shí)地測(cè)量并顯示 ,設(shè)計(jì)分為硬件部分和軟件部分 .硬件方框圖如圖 。電路中的電位器 RP1 用于調(diào)零 , RP3 用于調(diào)滿刻度 ,這樣可以極大地改善 AD590 非線性引起的誤差 , R 用于調(diào)節(jié)放大器 I CL7650S 的輸入失調(diào) , I CL7650S 輸出端的 R5 和 C1 構(gòu)成濾波器用于濾除斬波尖峰干擾。當(dāng)相對(duì)濕度減小時(shí) , CT 容抗增大 ,UC 增大 ,而 U02 減小 ,反 之當(dāng)濕度增大時(shí) ,U02 增大。設(shè)置的按鍵的功能是 :按 S W1 顯示溫度的參數(shù) 值；按 S W2 顯示濕度的參數(shù)值；按 S W3 顯示 CO2 含量參數(shù)值 。 顯示子程序 顯示子程序采用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn) 4 位數(shù)碼管的數(shù)值顯示 .測(cè)得的 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)放在 70H,71H 和 72H 內(nèi)存單元中 ,測(cè)