基于单片机的温室大棚智能系统的研究

1、基于单片机的塑料大棚智能系统的研究。摘要：本系统是基于单片机的隧道智能调节系统，包括单片机控制装置、PC机、液晶显示器、GPRS定位装置、使用终端、多个传感器装置， 包含ZigBee装置和继电器组的单片机控制装置分别与PC和液晶显示器连接，单片机控制装置与GPRS定位装置和ZigBee装置双向连接，GPRS定位装置与使用终端连接，ZigBee装置本系统通过对隧道内各指标的综合评价和分析，提高了隧道栽培的效率和安全性，使所有监视节点加入网络，实现设备的控制，用户可以通过手机和平板电脑等网络设备看到隧道内的环境参数关键字：单片机GPRS； ZigBee装置终端智能调节系统中图分类编号： TP311

2、文献识别码： a文章编号： 1009-3044(2016)12-0267-03abstract:thissystemisamicrocontroller-basedintelligentgreenhousecontrolsystemincludingmicrocontroller，PC， 液晶显示GPRS定位设备、终端、传感器设备的a plurality、ZigBee设备和阵列组； mcu的controlcontroldeviceresectivelyconnects和pcandlcddisplay.microportrocontroluncontswithgrprossprogrationd

3、eviceazigbig ein t onnectswithterminal.zigbeedeviceconnectswitherelaymroup； aplarralityofserverdevicesareconnectothemicrocontroller.tringinthecomplerhensiveevaluationandanalysisinthegreenhouse thesyste encyandsafetyofgreenhousecultivation.almonitionmonthenetworkinorderordentoachievetheregulationof t

4、he device.theusercanneviewth nestandothernetworkeddevices，andthedevicecanbecontrolledwithinthegreenhouse。key words :微型计算机； GPRS； ZigBee设备； 终端； 智能电脑控制系统，智能电脑1概要在我国，大棚技术的发展比较缓慢。 20世纪60年代，大棚被用于农作物的栽培。 20世纪70年代，几个技术先进的温室设备从海外被引进国内。 但是，当时考虑的不完全，仅仅引进温室设备是不够的，还要重视温室设施作物的栽培、管理技术、地区、水土、气候、还有资源的差异，导入的温室能源消费过大

5、，这些引入了巨额资金的设施基本上失去了经营。 到了20世纪80年代，经过向发达国家学习温室控制技术的过程，人工气候室内微机控制技术逐渐被我国技术人员掌握，但该技术控制的环境参数有限，仅限于温度、湿度、二氧化碳浓度这一单一环境因素。 到了90年代初期，大型大棚在我国的发展并不乐观。 “九五”初期成立了“北京模范农场”。 这个农场以以色列温室为代表，掀起了国内第二次学习和引进发达国家先进温室技术的热潮。 到了20世纪90年代中后期，经过对发达国家温室设施的整备、品种栽培、栽培技术等各方面的系统研究，开发出了研究性的环境控制系统。 这完全是我国自主开发的系统。 1995年“WJG-1型实验温室环境监

6、视计算机管理系统”由北京农业大学开发，是一种小型分散数据采集控制系统。 1996年，基于产业控制机管理的植物工厂系统由江苏理工大学开发。 另外，中国农业机械化科学研究院开发了新的智能温室系统。 该系统包括隧道、通风冷却系统、储藏太阳能系统、燃料热风加热系统、灌溉系统、计算机环境参数测量系统等。 1997年以来，中国农业大学在温室环境自动控制技术方面也取得了良好的成果。近年来，我国大棚控制技术取得了良好的发展，但还存在一些问题。 主要表现为：1)从分布上看，中国温室在北方地区占多数，东北、华北等地区，其他地区的温室数量看起来很少；2 )从结构上看，国产温室多比较简单，可以附加的设施也比较少，所以

7、保温效果不太好，主要依靠太阳光3 )制近年来，在温室的自动控制方面国内的一些人正在研究，但是他们主要研究单一因子，因此研究并不全面。目前，在网络测量和控制方面，一些相关行业以网络和分布式数据采集系统关闭信息，取代与外部隔离的系统为目的，可以不通过互联网采集数据，实现远程系统控制。 虽然国内温室规模有限，还没有形成规模化经济，建设费用也很高，但相信在不久的将来，温室监控系统的分散和网络化一定是一种趋势。 发达国家现代温室测量技术的发展很快。 1949年，由于工程技术在美国发展迅速，第一个植物人工气候室在美国建成。 建设这个气候室是为了研究植物在自然条件下的适应性和抵抗力及其应用。 到1960年代

8、，生产型高级温室开始应用于农业生产，例如第一家西红柿生产工厂在奥地利建成。 70年代以后，发达国家的温室园艺发展很快，温室设施不仅应用于农业，还应用于畜牧业和水产养殖业。 几十年来，计算机技术日新月异，发展异常迅速，智能控制理论也有很大进步。 所以近百年来，大棚对设施农业发挥着重要的作用，世界各地都有大棚的影子。 特别是在20世纪70年代，随着电子技术的迅速发展和微机的出现，温室技术发生了根本的变化。 到了80年代，微机价格下降，经济上可以负担了。 并且，人们对温室环境有更高的要求。 在发达国家，温室系统以智能微机为核心。温室产业和相关技术在国外的发展速度很快。 从80年代到90年代，以色列温

9、室更新为三代，世代交替后温室的自动化程度高，不仅供水，还能自动调节施肥等环境因素。 在英国，温室的发展也备受关注，科技人员对温室的节能、自动控制、作物栽培、产后处理等进行了前后研究。 2003年11月，在荷兰阿姆斯特丹RAI展馆举办的国际花卉展览会上，来自世界各国的477家制造商展示了各自的产品和实力。 另外，发达国家的温室向越来越先进的方向发展，遥感技术、网络技术、控制局域网的先进技术正在向温室应用。近年来，我国设施农业取得了很大发展，在大棚中栽培农作物的技术，传统农作物栽培突破了受地区、气候、自然环境等各种因素影响的限制，对农业生产具有重要意义。 在不适合植物生长的季节和环境下，温室能为植

10、物提供更有利的条件，增加植物产量。 温室必须采用采光材料作为结构材料，采光材料可以一部分，也可以全部复盖隧道。 提供生育期，促进作物发育，生长，预防害虫，提高作物产量和质量是温室生产的目标。 并且温室设备的主要技术是控制环境，该技术的目的是提高隧道环境的控制能力和作业精度。2系统整体设计方案在基于单片机的隧道智能调节系统中，单片机控制装置、PC机、液晶显示器、GPRS定位装置、使用终端、多个传感器装置， 包括ZigBee设备和中继组的单片机的控制设备的输出端分别连接到PC和液晶显示器的输入端，单片机的控制设备在两个方向上连接到GPRS定位设备和ZigBee设备，GPRS定位设备的输出端连接到使

11、用终端ZigBee装置的输出端与继电器组的输入端连接的多个传感器装置的输出端分别与单片机控制装置的输入端连接，温度传感器、湿度传感器、照度传感器、二氧化碳浓度传感器分别设置在隧道内。基于上述单片机的隧道智能调节系统被设在隧道内，还包括分别耦接到多个传感器设备的隧道环境调节设备。 隧道环境调节设备包括温度控制器、湿度控制器、光补给装置和二氧化碳控制器，温度控制器和温度传感器连接，湿度控制器和湿度传感器连接，光补给灯和照度传感器连接，二氧化碳控制器和二氧化碳浓度传感器连接。 PC与上述单片机控制装置之间通过串行总线连接。 隧道顶部设置了太阳能电池板，太阳能电池板与单片机的控制装置电连接。 图1是基

12、于单片计算机的隧道智能调节系统的连接框图。3具体实施方式单片机控制装置采用型号AT89C52，AT89C52是CMOS 8位单片机，具有低电压、高性能的特点， 在该单片机内有8k字节的Flash只读程序存储器和256字节的随机访问数据存储器(RAM )，其中Flash只读程序存储器可以反复改写。 该单片机的芯片包括通用的8位中央处理器和闪存单元，其生产采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储器技术，并与标准MCS-51的指令系统兼容，因此采用了AT89C52单片机AT89C52单片机有40个引脚，外部双向输入输出(I/O )端口有32个，内部有两个外部中断端口、两个全双工串行通信端口、两个读/

13、写端口线和三个16位可编程定时单片机AT89C52不仅可以用通常的方法编程，还可以在线编程。 是通用的微处理器和闪存的组合，特别是可改写的闪存，在降低开发成本上发挥着重要的作用。使用DS18B20温度传感器采集隧道内的温度。 DS18B20是支持一总线接口的温度传感器，可以对隧道内的温度的微妙变化进行正确的数据收集。 DS18B20的测温范围为-55 125，为-10 85，精度为0.5，具有小型、低功耗、高性能的抗干扰性强等优点。在DS18B20的内部结构中包含非易失性温度警报触发TH和TL、配置寄存器。 传感器完成一次温度转换后，将所采集的温度值与TH和存储在TL中的警报的预设值进行比较，

14、判断隧道内的温度是否满足要求，并进行控制。 并且，用户还可以通过上位机界面设定温度阈值，系统还可以自动将设定值写入到DS18B20传感器中。湿度传感器使用SHT11贴片型的温湿度传感器装置。 同一芯片上的电容性聚合物湿度传感器和使用能隙材料的测温传感器包含在传感器中，实现了串行接口电路和14位A/D转换器的无间隙连接。 在校准中，每个传感器芯片都在非常精确的湿度室内进行。 校正系数用于内部信号的校正，以程序形式存储在OTP存储器中。 外围系统集成是通过内部电压调整和使用双线串行接口来实现的。光强度传感器使用了BH1750FVI传感器。 该传感器是数字型光强度传感器集成电路，应用双线串行总线接口

15、的光分辨率高，能检测大范围的光强度。 该传感器的测量范围为1655351x，亮度的测量精度达到llx，且测量范围宽，其输出可以直接进行数字化，因此省略麻烦的计算，也省略标定，还具有大的输入范围和对光源的弱依赖性等特征。 在二氧化碳浓度传感器中，MG-811、MG-811对二氧化碳具有良好的灵敏度和选择性，温湿度变化影响小，具有良好的稳定性、再现性。 其湿度测量范围为20%70%，温度测量范围为050，测量精度为8%，完全满足了本系统的需要。隧道环境调节设备包括温度控制器、湿度控制器、辅助光装置和二氧化碳控制器，上述温度控制器与上述温度传感器连接，湿度控制器与上述湿度传感器连接，辅助光灯与上述光

16、强度传感器连接，二氧化碳控制器与二氧化碳浓度传感器连接。 温度控制器、湿度控制器、光补给装置及二氧化碳控制器可以采用现有技术的控制设备，对于光补给装置，可以在塑料大棚的天花板上设置开闭器、遮阳网及塑料大棚内设置光补给设备(例如荧光灯)。 如果光的强度高于默认值，则启动快门打开遮光罩，降低光的强度，如果光的强度低于既定值，则安装补充光的设备，增强隧道内的光的强度。PC与单片机的控制器通过串行总线连接，RS-232接口应用于PC的串行端口。 由于单片机的控制装置的串行端口电平是TTL电平，所以有必要将TTL电平转换为RS232电平来实现与PC的串行通信。 因此，采用MAX232芯片实现了电平转换。 转换后，将单片机的控制装置的数据上传存储到PC上，