智能温室大棚控制系统的设计

杨彦伟 王琦莲 冯志民 贾宇翔

【摘要】 随着现代农业生产技术迅猛发展，温室大棚化种植被广泛应用。本文设计了基于单片机控制的温室大棚智能监控平台，实现对大棚内部环境的自动检测；对通风系统、温控系统、加湿系统、CO2释放系统、遮阳网系统、补光系统等的自动控制。

【关键词】 智能控制 PC机技术 单片机

一、引言

随着科学技术飞速发展，农业生产技术的自动化、智能化成为一种趋势。越来越多的系统利用计算机技术对农业气象参数进行监控和采集，一方面可了解作物生长的环境参数，另一方面也可根据采集的参数进行调节从而为农作物的生长提供适宜的生长环境，以实现温室生产管理自动化、科学化。设计温室大棚智能调控系统，采用单片机对温室内的湿度、温度等环境条件参数进行采集，采集数据可利用接口设备将采集数据传送给上位PC机进行分析处理。本文将从系统总体设计、系统硬件电路设计、程序流程图等方面进行描述。

二、系统总体设计方案及系统框图

2.1系统总体设计方案

本文介绍的温室大棚智能调控系统，可实现环境数据的监测、调控功能，其系统框图如图1所示。其中智能调控单元基于单片机控制下，通过各传感器采集数据后传给单片机，单片机经处理通过人机对话接口显示或报警，同时可以通过内设对温室进行预置控制，以实现大棚环境的检测控制功能。

2.2系统主要实现功能

1、传感模块：即环境参数监测系统。它依据各类传感设备可以完成整个棚区所需数据监测的功能。

2、终端模块：即终端智能控制系统。它可以完成整个棚区进行自动灌溉、自动开启风机，自动液体肥料施肥、自动喷药等各类所需的自动控制。

3、预警模块：即远程植保预警系统。可以通过声光报警、语音报警等方式进行预警。本系统采用蜂鸣器和红LED灯作为声光报警，当系统检测到的数据不符合给定的要求时，将进行报警提示。

4、作业模块：即中央控制室。可通过总控室对整个区域的参数进行控制。

三、系统的硬件设计

3.1系统结构硬件框图

本系统选取温室大棚内的温度、湿度、光照强度以及 CO2 浓度等来作为系统的被控制量，将加热、加湿、遮阳网、天窗 /侧窗、风机等执行机构作为控制手段，对温室大棚内的环境状态进行调控，从而使大棚内的植物生长环境达到最佳状态。

3.2硬件电路设计

在系统各子系统组成电路中，最为重要的就是显示电路，按键电路与信号输入电路。

1）12864液晶显示模块

为了使本系统的人机界面较为方便，这里我们使用了12864液晶显示模块。12864液晶屏主要用来显示大棚湿度、温度、光照、是否有烟雾、等信息，动态显示大棚中温度变化的曲线和湿度、温度、光照等的上、下限值。

2）温度传感器

DS18B20温度测量范围为-55℃～+125℃，测温分辨率可达0.0625℃，主要用来检测大棚内温度，当大棚内温度超过系统所设定值时，系统会自动报警 ，提醒操作人员调节室内温度。

3）温湿度传感器

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。

4）烟雾传感器

MQ-2气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2），在作品中我们将MQ-2与LM339比較器连接，通过比较器输出的高低电平判断有无烟雾。当有烟雾时系统报警并提醒工作人员注意大棚内情况。

四、系统的软件设计

系统上电复位后，首先对各个子系统进行初始化，显示开机画面，启动温湿度检测子程序，接收监测信息并将参数显示于LCD显示器；然后调用处理子程序进行判断和控制，执行声光报警并进行反馈控制，其主程序流程图如图2所示。

五、结语

本文基于温室大棚环境参数检测和控制的要求，设计了以STC89C52单片机为控制核心，实现对温室大棚内农作物生长过程中温度、湿度、二氧化碳浓度等参数的监测和控制。该系统性能稳定、成本低廉、人机交互性良好，具有相当广泛的应用前景。

参 考 文 献

[1] 刘方，栗震霄.我国农业温室控制系统控制模式的研究.农机化研究，2008，10：223-226.

[2] 李伟，段翠芳，滑伟娟.国内外温室监控系统的发展及趋势 [J].农业科技与装备，2010（10）：51-52.

[3] 李慧，刘毅.温室控制技术的发展方向.林业机械与木工设备[J]，2004（5）：4-5.