智能溫室大棚系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

智能溫室大棚系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究摘要：本文從基本概念和主要結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面分析了智能溫室大棚，并且從調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度、調(diào)節(jié)二氧化碳濃度、調(diào)節(jié)溫度和濕度三個(gè)方面分析了智能溫室大棚的基本功能，最后從系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和智能溫室大棚的調(diào)試三個(gè)方面分析了智能溫室大棚中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，希望能為相關(guān)工作人員提供一定的參考。關(guān)鍵詞：智能溫室大棚；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；自動(dòng)檢測(cè)控制前言：科技的發(fā)展會(huì)對(duì)人力的生活方式和生產(chǎn)方式產(chǎn)生變革性的作用。由于自然環(huán)境的變化會(huì)對(duì)糧食的收成產(chǎn)生極大的影響，并且蔬果一類的作為也會(huì)受到自然季節(jié)的影響而發(fā)生價(jià)格變化。所以可以利用智能溫室大棚來(lái)改變植物種植的頻率，以此來(lái)增加植物種植者的經(jīng)濟(jì)收益，為消費(fèi)者提供更多品種。1智能溫室大棚的概述1.1智能溫室大棚的基本概念溫室大棚是一種密集型和技術(shù)型的農(nóng)業(yè)種植方式，這種種植方式受自然環(huán)境的影響相對(duì)較小，并且能夠通過(guò)人工干預(yù)的方式來(lái)為大棚內(nèi)部創(chuàng)造出適宜植物生長(zhǎng)的自然環(huán)境。這種做法在一方面能夠提高植物種植效率和植物產(chǎn)量，以此來(lái)為農(nóng)民提供更多的經(jīng)濟(jì)收入。另一方面也可以豐富當(dāng)季蔬果品種，帶來(lái)味覺(jué)方面的享受。由于反季節(jié)種植對(duì)大棚溫度和環(huán)境濕度要求較高，所以需要采用智能溫室大棚系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行控制。1.2智能溫室大棚的主要結(jié)構(gòu)如上文中所述，在智能溫室大棚中，可以通過(guò)調(diào)節(jié)大棚內(nèi)溫度和濕度的方式來(lái)促進(jìn)植物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。所以在智能大棚的內(nèi)部需要在包含基礎(chǔ)設(shè)施之外，還需要存在能夠控制溫度以及濕度的軟件系統(tǒng)?；A(chǔ)設(shè)施所指的是植物生長(zhǎng)所需要的基本裝置，如種植槽和灌溉管等。只有提前搭建好溫室大棚的基礎(chǔ)設(shè)施框架，才能夠進(jìn)行下一步的智能化系統(tǒng)安裝。智能化的系統(tǒng)需要包括能調(diào)節(jié)溫度和濕度的通風(fēng)空調(diào)，以及照明系統(tǒng)、二氧化碳噴嘴、加濕系統(tǒng)、加藥施肥裝置等。2智能溫室大棚的基本功能2.1調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度在植物生長(zhǎng)的過(guò)程中，溫室大棚需要主要肩負(fù)著調(diào)節(jié)光照、溫度、濕度和二氧化碳濃度的作用，以此來(lái)讓農(nóng)作物能夠在適宜的環(huán)境下生長(zhǎng)。大棚中安裝的光照傳感器能夠感受到周圍的光照，并且根據(jù)光照的強(qiáng)弱做出反應(yīng)。如當(dāng)傳感器接收到的光照偏強(qiáng)的時(shí)候，就說(shuō)明大棚內(nèi)的光照強(qiáng)度過(guò)高，需要調(diào)節(jié)。智能大棚就可以對(duì)此來(lái)做出反應(yīng)，打開(kāi)遮光簾[1]。當(dāng)光照傳感器感受到的光照偏小時(shí)，就會(huì)降低遮光簾的高度并且提高燈光亮度，讓室內(nèi)獲得充足的光照。2.2調(diào)節(jié)二氧化碳濃度二氧化碳的濃度是一項(xiàng)能夠影響植物光合作用速度的重要因素，植物內(nèi)部碳元素的積累量也會(huì)一定程度上對(duì)植物本身的品質(zhì)造成影響，所以需要通過(guò)傳感器對(duì)室內(nèi)的二氧化碳濃度進(jìn)行監(jiān)管。當(dāng)傳感器發(fā)現(xiàn)室內(nèi)二氧化碳濃度過(guò)高，不利于植物生長(zhǎng)的時(shí)候便可以通過(guò)智能化大棚系統(tǒng)開(kāi)啟系統(tǒng)排風(fēng)扇，把多余的二氧化碳從室內(nèi)排向室外，當(dāng)室內(nèi)二氧化碳濃度過(guò)低的時(shí)候，就會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟二氧化碳噴嘴，提升室內(nèi)二氧化碳濃度。2.3調(diào)節(jié)溫度和濕度高溫會(huì)導(dǎo)致植物出現(xiàn)脫水的情況，而低溫又會(huì)降低植物活性。所以保障植物在合適的溫度下生長(zhǎng)是十分重要的。工作人員可以采取開(kāi)啟溫度傳感器的方式來(lái)控制智能大棚內(nèi)部的溫度。水分也是影響植物生長(zhǎng)狀態(tài)的一項(xiàng)重要因素，當(dāng)室內(nèi)濕度傳感器察覺(jué)到濕度過(guò)大的時(shí)候，便可以開(kāi)啟排風(fēng)扇，并且根據(jù)濕度超標(biāo)的情況來(lái)控制排風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，避免植物根系發(fā)生腐爛。當(dāng)室內(nèi)的濕度傳感器顯示濕度過(guò)低的時(shí)候，便可以開(kāi)啟加濕器，保障植物能夠吸收到足夠的水分。3智能溫室大棚中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1.1主控單元模塊本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的時(shí)候主要采用STC89C51主控單元芯片。這種芯片的功耗較低并且性能較高，并且內(nèi)置4KBEEPROM,MAX810復(fù)位電路，三個(gè)16位定時(shí)器和一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)。為了能夠確保這個(gè)主控單元模塊能夠順利運(yùn)行，滿足工作人員的需求，就需要做好復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。復(fù)位電路的首要功能是上電復(fù)位，為了能夠更進(jìn)一步地確保復(fù)位電路安全性，本設(shè)計(jì)中采取了手動(dòng)按鈕復(fù)位的方式，工作人員在進(jìn)行復(fù)位操作的時(shí)候需要保持按鈕接通時(shí)間大于一秒。3.1.2監(jiān)測(cè)采集模塊檢測(cè)采集模塊主要負(fù)責(zé)監(jiān)控和采集智能溫室中的溫度狀況、濕度狀況和光照狀況，并且將采集的數(shù)據(jù)傳輸至中央系統(tǒng)，再讓中央系統(tǒng)根據(jù)軟件中的智能化操作方式進(jìn)行選擇，調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度、濕度、光照和二氧化碳的濃度。本文中所采用的溫度濕度傳感器是一種復(fù)合型的傳感器，并且該傳感器具有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)運(yùn)輸?shù)?，靈敏度較高的傳感器，比較能夠滿足濕度溫度監(jiān)視的作用。所采用的土壤濕度采集電路則利用了濕敏電阻的轉(zhuǎn)換源流，而光照采集電路利用了光敏電阻的轉(zhuǎn)換原理。3.1.3顯示模塊智能溫室大棚中的顯示模塊主要負(fù)責(zé)顯示室內(nèi)的溫度情況、濕度情況、光照情況和二氧化碳濃度情況。工作人員可以通過(guò)觀察顯示模塊來(lái)更加直觀地掌握室內(nèi)的基本情況，并且結(jié)合室內(nèi)情況和植物的生長(zhǎng)需求來(lái)對(duì)溫室大棚的環(huán)境進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)。本設(shè)計(jì)中所采用的顯示屏為1620液晶顯示屏，這種顯示屏由若干個(gè)5X7等點(diǎn)陣字符組成，并且能夠起到顯示字母、數(shù)字和符號(hào)的作用。由于本顯示屏的靈敏性較高而較為清晰，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。3.1.4控制執(zhí)行模塊控制執(zhí)行模塊顧名思義，是在采集到室內(nèi)的溫度、濕度、光照以及二氧化碳濃度之后，需要根據(jù)智能大棚的輸入來(lái)調(diào)節(jié)室內(nèi)的環(huán)境的一種模塊。該模塊在設(shè)計(jì)的時(shí)候需要保障控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)之間能夠形成相互互動(dòng)的關(guān)系，所以需要利用繼電器這種電控制器件來(lái)進(jìn)行操作。這種操作通常被應(yīng)用于自動(dòng)化的控制電路中，實(shí)際上屬于一種利用電流量大小來(lái)進(jìn)行控制的自動(dòng)開(kāi)關(guān)，即用大流量的電流來(lái)控制小流量的電流。在整個(gè)電路系統(tǒng)中，能夠起到安全調(diào)節(jié)和保護(hù)的作用。3.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)內(nèi)的軟件主要包括數(shù)據(jù)處理、參數(shù)控制和數(shù)據(jù)庫(kù)三個(gè)部分。首先，當(dāng)傳感器采集到數(shù)據(jù)之后可以直接把它發(fā)送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)模塊會(huì)對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，并且把數(shù)據(jù)內(nèi)容和設(shè)定好的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較[2]。比較之后，會(huì)把處理完畢的數(shù)據(jù)結(jié)果發(fā)送給執(zhí)行模塊。執(zhí)行模塊在接受到數(shù)據(jù)內(nèi)容的時(shí)候會(huì)根據(jù)其結(jié)果來(lái)對(duì)智能溫室大棚中的環(huán)境進(jìn)行調(diào)整，確保大棚中的環(huán)境處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。在這個(gè)過(guò)程中，數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)儲(chǔ)存大棚工作中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)需要進(jìn)行定期更新。3.3智能溫室大棚的調(diào)試智能溫室大棚需要在完成系統(tǒng)軟件和硬件的設(shè)計(jì)以及測(cè)試之后才能夠投入使用，工作人員需要對(duì)系統(tǒng)中的軟件部分以及硬件部分進(jìn)行分別測(cè)試，并且需要確保其功能完備之后，再進(jìn)行聯(lián)合測(cè)試。以確保系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理模塊是健全的。在完成測(cè)試之后，還需要對(duì)系統(tǒng)本身進(jìn)行初始化測(cè)試和復(fù)位測(cè)試，以此來(lái)更進(jìn)一步地確保系統(tǒng)能夠長(zhǎng)長(zhǎng)使用。由于當(dāng)智能溫室大棚在運(yùn)作的時(shí)候需要實(shí)時(shí)儲(chǔ)存工作數(shù)據(jù)，所以要確保復(fù)位之后系統(tǒng)不歸零。結(jié)論：溫室大棚的智能化工作方法和工作內(nèi)容能為農(nóng)民的生產(chǎn)帶來(lái)極大的便利，也能夠在一定程度上提高蔬菜和水果的質(zhì)量。智能溫室大棚能夠通過(guò)調(diào)節(jié)溫度和光照等條件把大棚內(nèi)