花卉温室大棚中温室自动化控制系统解决方案设计

托普物联网开创智慧农业新时代！花卉温室大棚中温室自动化控制系统解决方案设计摘要托普物联网指出温室自动化控制系统是根据温室大棚内的温湿度、土壤水分、土壤温度等传感器采集到的信息，接到上位计算机上进行显示，报警，查询。监控中心将收到的采样数据以表格形式显示和存储，然后将其与设定的报警值相比较，若实测值超出设定范围，则通过屏幕显示报警或语音报警，并打印记录。随着社会经济的不断发展，现代农业生产离不开环境控制。本文在对国内外温室自动化控制系统进行深入分析的基础上，针对温室自动化控制系统存在的诸多因子，将智能传感器监测和单片机控制相结合，提出了基于单片机的温度和湿度检测控制系统设计方案。本系统采用层次化、模块化设计，整个系统由数据采集系统、单片机控制系统、键盘设置系统、显示系统组成。系统以单片机为核心，以温度、湿度传感器作为测量元件，通过单片机与智能传感器相连，采集存储智能传感器的测量数据。在单片机系统中，还要实现程序的扩展存储、数据的实时显示、超限语音报警和数据辅助存储功能。本设计主要做了如下几方面的工作：一是确定系统的总体设计方案，包括其功能设计；设计原则；组成与工作原理；二是进行智能传感器的硬件电路设计；包括硬件电路构成及测量原理；温度和湿度传感器的选择；单片机的选择；输入输出通道设计。关键词：AT89C51，单片机，温室自动化控制系统，温度测量，湿度测量引言随着农业现代化的快速发展，温室正朝着智能化控制的方向发展。我国农业也逐渐地从传统农业向高产、优质、高效为目的的现代化农业转变。因而花卉大棚,自然也离不开现代化的科学技术。通过国内外大量的科学实验和生产的实践证明，环境的控制对花卉生长起到非常重要的作用。只有在适宜的环境下花卉才能生长良好。对于花卉大棚内环境的控制主要对环境温度、湿度等进行测量和控制。用单片机监控温室的温度/湿度,根据温室的温度/湿度的变化,自动地实施喷灌调温。确保温室经济作物生长适宜的温度、湿度。托普物联网开创智慧农业新时代！1.花卉温室自动化控制系统的简介花卉温室自动化控制系统是利用各种类型的传感器对需要进行测试的温室进行数据采集和报警的系统。温室系统主要由温湿度传感器模块、单片机控制线路、传输线路、报警装置以及A/D转换器等几部分组成。利用温湿度传感器模块探测温室内温湿度变化情况，当温湿度超出设定范围时传感器发出报警控制信号，再利用单片机控制线路控制报警器开始报警。2.花卉温室自动化控制系统的组成及设计2.1花卉温室自动化控制系统的组成花卉温室自动化控制系统主要由AT89C51、温湿度传感器、报警器、A/D转换器、键盘接口电路、数码管显示接口电路、降温风扇器、加热器和报警蜂鸣器等接口电路构成。2.1.1AT89C51AT89C51具有如下特点：40个引脚，8kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，片内时钟振荡器。2.1.2温度传感器DS18B20介绍DS18B20是DALLAS半导体公司生产的，是一种单总线温度传感器，属于新一代适配微处理器的智能温度传感器，有两种封装形式分别为3脚PR-35封装和16脚SSOP封装。本文采用的是3脚PR-35封装，其具有以下特点：（1）采用了单总线技术，传感器直接以二进制输出被测温度，可托普物联网开创智慧农业新时代！通过串行口线，也可与单片机通过I/O口连接；（2）测量温度范围为：-55℃～+125℃，测量精度高达+0.5℃；（3）内含寄生电源，在两线方式下可通过数据线提供寄生电源，而不需要再单独供电；（4）转换时间在分辨率为12位（即0.0625℃）时最大为750ms；（5）用户可分别对每个器件设定温度上下限；（6）DS18B20在使用时不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内；（7）电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作；（8）每个DSl8B20器件对应一个唯一的64位长的序号，该序号值存放ROM中，可通过序号匹配实现多点测温。2.1.3湿度传感器IH3605介绍由于IH3605内部的两个热化聚合体层之间形成的平板电容器电容量的大小可随湿度的不同发生变化，从而可完成对湿度信号的采集。热化聚合体层同时具有防御污垢、灰尘、油及其它有害物质的功能。2.2花卉温室自动化控制系统的设计1．系统硬件设计：（1）传感器子系统传感器主要包括温度传感器和湿度传感器。（2）数据采集子系统数据采集子系统主要完成对传感器子系统传送来的信号进行A/D转换和采样。（3）信息处理子系统信息处理子系统是整个系统的核心部分，包括环境参数预设值、信号处理和控制3个部分。信号处理实现测量数据与本阶段环境参数值进行比较分析，为控制提供决策依据，控制部分则由此发出各种相应的控制信号。（4）数据显示子系统该系统通过LED显示器实时显示传感器采集到的温度和湿度信息。（5）伺服子系统该子系统包括温度和湿度调节机构，通过对喷水设备、加热设备（如热风机）的工作方式及时间控制以实现对温度、湿度的调节功能。3.花卉温室自动化控制系统的发展趋势和最新成果花卉温室自动化控制系统是现代温室控制系统的一部分，温室自动化控制系统的发展趋势是综合环境调控、变动的坏境控制系统、数字化、网络化、智能化、托普物联网开创智慧农业新时代！蓝牙技术。3.1温室控制技术发展概况3.1.1国外发展动态及其趋势西方发达国家在现代温室测控技术上起步比较早。1949年，借助于工程技术的发展，美国建成了第一个植物人工气候室，开展了植物对自然环境的适应性和抗御能力的基础及应用研究。20世纪60年代，生产型的高级温室开始应用于农业生产，奥地利首先建成了番茄生产工厂，70年代后荷兰、日本、美国、英国、以色列等国家的温室园艺迅猛发展，温室设施广泛应用于园艺作物生产、畜牧业和水产养殖业。随着计算机技术的进步和智能控制理论的发展，近百年来，温室大棚作为设施农业的重要组成部分，其自动控制和管理技术不断得以提高，在世界各地都得到了长足的发展。特别是二十世纪70年代电子技术的迅猛发展和微型计算机的出现，更使温室大棚环境控制技术产生了革命性的变化。80年代，随着微型计算机日新月异的进步和价格大幅度下降，以及对温室控制要求的提高，以微机为核心的温室综合环境控制系统，在欧美得到了长足的发展，并迈入了网络化，智能化阶段。目前，国外现代化温室的内部设施己经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准。温室内的各环境因子大多由计算机集中控制，检测传感器也较为齐全，如温室内外的温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度、营养液浓度等，由传感器的检测基本上可以实现对各个执行机构的自动控制，如无级调节的天窗通风系统，湿帘与风扇配套的降温系统，由热水锅炉或热风机组成的加温系统，可定时喷灌或滴灌的灌溉系统，二氧化碳施肥系统，以及适用于温室作业的农业机械等。计算机对这些系统的控制己经不是简单的、独立的、静态的直接数字控制，而是基于环境模型上的监督控制，以及基于专家系统上的人工智能控制，一些国家在实现自动化的基础上正在向着完全自动化、无人化的方向发展。3.1.2国内发展动态及其趋势托普物联网开创智慧农业新时代！改革开放以来，我国的农业生产取得了可喜的成绩，但同时，我国农业发展中存在的问题也越来越凸现出来，如果这些问题得不到解决，将成为严重制约我国农业可持续发展的瓶颈。首先是我国人口众多。其次是资源短缺。第三是我国农产品成本高，科技含量低，无法形成产业规模。要解决这些问题，根本在于实现我国农业从传统农业向以优质、高效、高产为目的的现代化农业转化。农业环境综合控制作为农作物优质、高效、高产的手段，是农业现代化的重要标志，随着社会经济的发展，以温室为代表的设施农业将成为现代农业的发展主要方向之一，成为21世纪最有活力的农业新产业。20世纪50年代末，我国在华北地区曾建造过屋脊式大型玻璃温室，到60年代初，在东北地区建成1hm2的大型玻璃温室。由于国内设施农业技术比国外落后，必然走一条引进、消化、吸收、创新的路子。1979-1987年，从保加利亚、荷兰、罗马尼亚、美国、日本、意大利等六国，引进现代温室24座，共19.2hm2,分别建造在北京、黑龙江、广东、江苏、上海、新疆等六省市区，其中60%用于蔬菜生产，40%用于花卉生产。这次较大规模的引进温室，各地都重视了温室本身，但却忽视了对我国气候的实用性和配套的栽培技术，在实际中存在着冬季能耗高、夏季降温困难等问题，经济效益普遍不佳。90年代中期开始，我国现代温室快速发展。“九五”期间，国家科技部将工厂化高效农业示范工程列为国家重大科技产业工程，这是唯一的一项农业产业示范工程项目。由此，又一个大规模引进国外大型现代温室，至1998年，共引进温室175.4hm2,引进的国家有荷兰、法国、以色列、西班牙、美国、日本、韩国以及我国的台湾地区，基本涵盖了现代温室发达的国家和地区；引进和建设的地点，北起黑龙江，南至海南岛，东起上海，西至新疆，包括了全国所有的省、市、自治区；引进温室的主要类型包括单屋脊和双屋脊的大型连栋玻璃温室，拱圆形、锯齿形、双层充气和双层结构的塑料膜温室，以及聚碳酸酯板温室等，代表了现代温室的所有类型；引进温室的配套设备包括遮阳、通风、降温、加温、保湿、自动控制和计算机管理，以及栽培床、活动苗床、喷滴灌和自走喷灌、自走式采摘车、自动化穴盘育苗、水培设备等等，也基本包括了所有先进的配套设备。这次大规模的引进温室，特别是北京、上海几个示范园区，在引进温室至温室园艺成套设施硬件的同时，还引进了配套品种、栽培技术、专家系统等软件成套技术，托普物联网开创智慧农业新时代！以及国外相关专家现场指导。目前，我国是设施园艺栽培面积最大的国家。80年代中后期，随着高效节能日光温室生产技术在东北地区试验成功，就迅速在我国北方发展起来，各级政府把其作为带领农民致富奔小康、培育农村新的经济增长点的重点措施，各级农业科研机构也投入了大量的人力、物力进行节能日光温室建造及生产技术的专项研究，并取得了重大进展。日光温室发展到今天，已由生产各种反季节蔬菜的生产设施，发展为日光温室园艺设施，进而发展为设施农业，已成为种植业、养殖业和水产业全面发展的新兴产业。据统计，全国节能日光温室面积到2002年底已到达760万亩。随着我国现代温室产业的快速发展，在温室产业的运营中暴露出了一些问题:1）现代温室管理和种植的人才缺乏，温室种植技术落后，造成了现代温室的功能和优势不能充分发挥。2）能源消耗大，以现代温室为代表的设施农业生产企业效益低下，导致温室产业出现了滑坡的现象。3）不同地域的气候环境制约了进口大型温室适用性，温室不能周年运行。4）计算机控制水平低。目前国内温室计算机控制系统与国际选进技术存在很大差距，商用控制系统不能满足高效节能有效控制温室机构运行的要求。总结本设计可以利用温度控制功能实现适合花卉生长的温度条件，利用温度传感器来检测温度的高低，通过程序控制的原理来实现升温或者降温的功能。湿度自动控制原理主要是利用湿度传感器来检测花卉培土的湿度，通过自动喷灌技术实现补充水分需求的功能。