浅谈智能温室大棚的系统设计

王龙忠

（大禹节水集团股份有限公司，甘肃 酒泉 735000）

科技的发展会推动和改进人类的生活方式。传统农业种植往往是靠天吃饭，自然环境的变化对粮食收成的影响很大，且许多农作物种植会受到季节的影响，导致冬季的果蔬价格偏高、种类偏少。温室大棚可增加种植的频率，提高了种植者的经济收入，为人们提供了更加丰富的果蔬品种。智能化的温室大棚，通过软硬件结合，可以实现自动调节温室大棚内相关参数的功能。

1 智能温室大棚的概述

1.1 智能温室大棚的基本概念

温室大棚是一种密集型、技术型的农业种植方式。与传统的种植相比，温室大棚的种植受自然环境的影响程度小，可以通过人工干预的方式创造出更适合农作物生长的环境。通过温室大棚的种植方式，一方面可以提高农作物的产量，给种植者带来更高的经济收入，另一方面可以丰富人们的餐桌，带来味觉享受。反季节种植对大棚温度、环境湿度等参数的要求较高，需要设备辅助为农作物提供适宜的生长环境，智能化的温室大棚成为了目前主要的研究和设计对象。

1.2 智能温室大棚的主要结构

智能化的温室大棚可以通过机器对温室大棚中的参数进行实时调节，主要包括光照强度、二氧化碳浓度、温度和湿度等对农作物生长影响程度较大的参数。智能化温室大棚的主要结构包括了基础设施、硬件设备和软件设备3个方面。基础设施是指农作物生长所必须搭建的一些基本装置，如栽种槽、灌溉管、覆盖膜和中空板框架等。只有搭建好了这些基本装置后，才可以安装智能化调节所需要的软硬件设备。硬件设备主要是指传感器、通风空调、照明系统、二氧化碳喷嘴、加湿器、加药施肥等装置，这些硬件设备需要借助物联网通过软件进行连接控制，帮助调节温室大棚内部的环境参数。软件设备主要是指种植者对温室大棚进行调节的一套系统，软件系统有手动调节和自动调节两种模式，可以根据实际情况来进行灵活处理。

2 智能温室大棚的基本功能

温室大棚的基本功能主要表现在对农作物生长所需要的环境因素进行智能化调节，使农作物维持在较为合适的生长状态下，对提升农作物产量和品质有极大帮助。

2.1 光照强度的调节

当传感器上接收到的光通量偏高时，说明温室大棚内的光照强度过高，可能会导致农作物的脱水，需要调节室内照明设备的亮度，打开室内的遮光帘。光通量较小时，说明温室大棚内的光照强度不足，则需要调高灯光亮度，降低遮光帘的高度，使室内获得充足的光照。

2.2 二氧化碳浓度的调节

二氧化碳浓度是影响植物光合作用重要的因素之一，碳元素的积累会影响农作物的品质。当传感器显示温室大棚内二氧化碳浓度过高时，系统可以开启排风扇将多余的二氧化碳排除室外。传感器显示数值过低时，二氧化碳喷嘴会自动开启，及时补充室内的二氧化碳含量。

2.3 温度的调节

当温度传感器中显示温室大棚内的温度过高时，系统自动开启制冷设备，避免因温度过高导致农作物的脱水。温度显示较低时，可以开启空调等加热设备，提高室内温度，恢复农作物光合作用的活性。

2.4 湿度的调节

水分是影响农作物的正常生长的重要成分之一，室内传感器中显示湿度较大时，系统需要开启排风扇，同时根据温度超标的等级对排风扇的转速进行控制，避免植物根系发生腐烂。传感器数值显示过低时，需要开启加湿器或灌溉系统，使农作物可以充分吸收水分。

3 智能温室大棚系统的设计要点

3.1 温室大棚系统搭建中的硬件设计

温室大棚系统搭建中的硬件部分可以分为主控单元、监测传感单元、显示单元和执行控制单元4个部分。

首先，温室大棚的主控单元一般使用单片机进行操控，常见的C51单片机是一种价格适中、性能稳定的单片机系统。C51单片机有32位的接口，可以满足温室大棚中对光照、二氧化碳、温度和湿度4个参数的控制需求。为了使温室大棚内的硬件设备在遇到故障时能够快速恢复到正常工作状态，需要在单片机的主控单元中留下一个复位接口，操作者可以通过复位接口重启系统。晶振电路是单片机中的时钟信号输入，晶振的频率即时钟的频率，C51中常用的晶振为1 105.92 Mhz。

其次，温室大棚系统中最重要的监测传感单元主要是通过采集电路和传感器对温室大棚中对光照、二氧化碳、温度和湿度4个参数进行采集和传输的。光照强度可以使用光敏电阻进行模数转换获得光照强度的数值，为了提高数据的准确性，需要在温室大棚中的不同位置安装采集器。二氧化碳浓度采集电路主要是根据空气中传感器采集到的数值进行传输和调控的。温度控制器可以使用热敏电阻进行采集，可以在电路中安装一个电容进行保护。室内湿度有特殊的湿敏电阻进行采集和调节。

第三，C51系统中可以使用液晶显示或数码管显示，为了提高系统的显示效率，同时节约单片的接口，1602液晶显示能够更加便捷地对温室大棚内许多参数进行显示。1602液晶屏中的点阵可以显示字母、符号和数字，比数码管的显示功能更全面。通过接口与系统直接相连，种植者可以直接查询到温室大棚内的参数，对需要调节的部分进行手动调整。

第四，能够突出温室大棚智能化的系统即控制执行单元，主要依靠继电器使控制模块与执行模块之间产生关联。由于智能系统可以实现自动调节与控制，主要依靠继电器中的微弱电流引起系统中大电流的变化，使系统达到“自动”的状态，从直观角度来看可以开启或关闭某些电路。

3.2 温室大棚系统搭建中的软件设计

温室大棚系统搭建中的软件系统主要有数据处理、参数控制、数据库等部分组成。

首先，对传感器采集到的数据可以直接发送给计算机，计算机的数据处理模块需要对数据进行分析和处理，并将相对应的处理结果发送给下一个执行模块。在数据的处理过程中，需要将设定好的标准数据和采集数据进行比较，判断温室大棚内此时的状态。

其次，软件系统中对温室大棚中参数的控制主要是对数据处理的结果做出相应的响应，即数值高于预设时，系统会下达必要的指令，使控制单元开启或关闭某些零件，使温室大棚内的参数逐渐恢复到正常状态。

第三，数据库是对数据进行存储的软件。在温室大棚的软件系统中，需要对数据进行更新处理，但旧的数据不会被覆盖，而是由数据库中不同的存储单元进行保存，方便种植者对历史数据的查验。

3.3 智能温室大棚系统的调试

智能温室大棚系统在软硬件设计完成后需能测试和调整才能够投入使用。一方面，设计人员可以对各个模块进行分别测试，当各个模块的功能实现基本完成后，再将其进行联合调试，验证数据的采集和处理等功能是否完全。另一方面，需要对系统进行必要的初始化和复位等测试。在智能温室大棚中，需要对工作状态和工作数据进行保存，当遇到故障时，简单的复位不能引起系统的归零，否则是不成功的设计，而应该在保存原始信息的基础上，消除不兼容或错误操作的情况。

4 结语

温室大棚的智能化工作方式能够带来极大的便利，对控制和提高农产品品质也有很大帮助。光照、二氧化碳浓度、温度和湿度等是影响农作物光合作用的重要影响因素，智能温室大棚通过对这些信号的采集和传输，及时调节参数使其恢复到更适合农作物生长的数值。智能化温室大棚已经取得了一定的实际应用价值，系统整体表现稳定，信号传输准确，是未来种植业的一大新发展方向和趋势。