基于单片机的智能温室大棚系统设计与实现

孟凡宇

摘  要：随着经济发展，我国的农业已经度过机械化进程，同时农业的发展一直离不开一种基本承载设施——温室大棚，温室大棚已经成为农业养殖的主流，使其智能化对农业的整体发展具有重大的意义。该文主要研究了基于单片机的智能化温室大棚系统，具有植物生长环境监测，数据采集、传送、分析、储存，远程手动控制及系统自动控制改变植物生长环境等功能。通过前期温湿度、光照等信息的采集，形成信息库，并分析出最适合植物生长的环境条件，将其设定成基本参数，系统以此实现自动调温、补光、灌溉、保温、运输等功能。

关键词：智能化  温室大棚  STM32型单片机  传感器  蓝牙

中图分类号：TP273   文献标识码：A 文章编号：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 課题研究的背景和意义

在生活智能化要求下，作为人类所从事的最持久的行业，也是人类社会文明基础的农业，并没有死气沉沉的，相反发展得如火如荼，智能农业已经智能化时代的重要组成部分。智能农业充分利用了现代通信技术和电子电力技术，将各种传感器和控制模块有效连接，实现农业智能养护系统，在农业种植中的许多方面发挥着十分关键的作用，如种子检测、智能种植、作物检测、生长环境的改变和保持等。而智能化温室大棚正是实现农业智能化的一个很好的实物载体。智能化温室大棚能够通过各类环境监测传感器及无线传感器实现对植物生长环境的实时监控及数据传输，前期运用计算机将植物的生长状况、土壤温湿度、光照强度等收集起来，得出最佳的自适应植物生长环境条件导入系统，通过与实时数据的对比，使系统能够自主实现改变植物生长环境的功能，将环境保持在最佳的最合适的状态，从而提高农作物的产量，进而提高我国农民的生活品质，为我国农业现代化做出突出贡献。

1.2 主要内容

该课题通过分析智能温室大棚的背景及意义，并结合国内外的智能温室大棚系统的研究现状及发展趋势，自行制定并开发出一套适合我国北方的智能化的温室大棚控制系统。

首先完成温室大棚的整体结构设计，包括温室大棚的整体机械架构，使其能做到保温通风效果好，采光面积大等特点;接下将温室大棚划分区域，并将各类装置合理安装;搭建出仿真度极高的智能化温室大棚实物模型。

2  系统概述

2.1 温室大棚架构参数简介

说明：此次课题主要设计的是单层的、塑料覆盖的、单面采光的利用混合材料搭建的温室大棚，所以以下温室大棚参数主要针对于此类温室大棚。

此类温室大棚的主要构成部分包括承重骨架、后背墙体、后屋面墙体、侧面墙体、覆盖材料、保温维护设施等，如图1所示。

2.2 系统设计方案

目前国内温室大棚主要集中在北方，具有覆盖面积集中，建设规整且分布均匀等特点，同时由于北方的雨雪天气频繁出现，所以该课题研究的基于单片机的智能温室大棚系统划分为3个子系统，以应对北方温室大棚所处的环境，其中包括远程监视控制子系统、蓝牙传输子系统、实时检测处理子系统。

该系统将整个的温室大棚划分两个实时检测控制区域，经过3个子系统的相互配合，不仅可以实现对温室大棚的实时自动监测和分区控制，同时分区控制还分为远程手动控制以及实时检测系统的自动控制。同时为防止由于不可预知因素影响蓝牙传输子系统工作的情况发生，将在实时检测控制子系统中添加优先级高于自动控制的手动控制功能，但初始化时此功能将处于关闭状态，可在后期手中开启。

3  系统调试与分析

在系统的硬件焊接完成后，进行通电测试，本系统采用独立电池的供电方式，利用Arduino 2560单片机进行降压，完成对显示屏、hc-05蓝牙、LED信号灯、蜂鸣器的供电，当通电后，系统初始化正常，功能测试如下。

首先当系统初始化完成后，开始通过矩阵键盘设置各个温室环境条件的控制范围，通过按D键设置并确定，之后按A键，启动数据接收功能，LED1信号灯灯点亮，数据开始接收，并显示到LCD 12864显示屏，表示数据接收功能正常;按下B键，启动手动远程功能，LED2信号灯点亮，此时按下矩阵键盘上的的按键，温室大棚相应的执行设施开始工作;按下C键，启动历史数据查询功能LED3信号灯灯点亮，通过矩阵键盘输出查询日期后，显示屏显示出历史数据;同时人为的过度改变温室环境，当某一条件超出设定范围（或者失火时）时，蜂鸣器及LED4信号灯（红色）开始工作，综合以上，该系统全部功能均已实现（见图2至图5）。

4  结语

该课题完成了一种基于单片机的智能温室大棚系统的设计与实现，系统主要采用STM32型以及Arduino型单片机的开发技术、蓝牙的无线传输技术以及各种环境传感器的检测技术，最终以硬件系统的形式进行呈现，完成状况达到课题所要求效果，该硬件系统能较好地模拟实际温室大棚的环境，完成整个智能化系统功能。

在实时检测处理系统中，实现了数据的采集，且传输情况良好，达到了及时准确的效果，虽然不同数据的精度控制有所偏差，但是总体上符合课题要求，不影响实际的应用，其中空气温湿度检测方面达到了最佳效果，基本上无偏差，测量精度为1度左右，其他数据精度也完全在预期范围内;同时雨水、火焰传感器能准确检测到是否下雨或失火，以辅助完成收拢保温设施及灭火的功能，并且水泵等其他调节环境设施控制也基本上实现了自动控制和手动控制。

在远程监视控制系统中，数据的接收状态良好，能够完成数据存储及历史数据查看的功能，其中由于硬件内存的的有限，所以数据的存储以小时为单位进行存储，每一小时存储一组数据，并存储的数据会定期删除更新，在数据显示方面设置了LCD 12864顯示屏分别显示温室内两个区域的数据，以达到清晰可辨的目的，设置了矩阵键盘，通过手动按键向系统发送对应命令，因此远程监视控制系统功能全部完成。

参考文献

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