数字化温室大棚环境参数信息采集控制方法研究-社会论文-论文联盟
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数字化温室大棚环境参数信息采集控制方法研究
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作者：王丽萍
数字化温室大棚参数信息采集控制方法研究
&从传统方式向数字化现代农业方式过渡阶段，在农业生产过程中占据重要作用的是温室大棚的数字化和智能化，它能最大限度地改变粗放的传统农业生产经营方式，并大幅度提高温室大棚的生产功效和产量、质量，推进农业信息化进程的飞速，实现&手机或者电脑也能种地&的宏伟蓝图。&　　在我国农业种植中占比重较大的是温室大棚种植方式，这样可以极大地丰富人民群众的日常成活消费水准，而传统的温室种植也可以实现这个目的。但是由于传统种植方式无论是对作物的种植还是对生长环境的控制基本凭借和感觉来实现，导致温室种植的效率、产量和质量不够高。&　　对温室大棚采取数字化的智能监控可以免除棚内种植的作物受空间和时间的约束，可以全年没有间歇的种植和收获，获得的农产品产量高、质地优良。根据温室大棚种植作物的高投入和高产出，以及高效益的特殊生产方式，结合不同作物不同时期的生长需求，对温室内的环境参数进行适当调控，可以提高作物产量、改善质量，极大提高农产品的效益。&　　1现阶段温室大棚的国内外现状&　　随着我国农业现代化程度的不断提高，要求农业生产必须高效产出，因此提高农业设施的科技含量是当前农业发展的重中之重。依据我国&十二五&发展规划纲要和&农业农村信息化&发展规划要求，为实现农业生产产业化经营模式的尽快推进，最大程度的提高农业生产的智能化、数字化程度，必须尽快全面实施数字化农业智能监控系统进行环境数据采集和控制，为实现&智慧农业&或&数字信息化农业&提供契机和动力。将数字化环境监控系统在温室大棚的环境信息采集和监测、生产意外情况预警、设施环境智能调控和农作物长势诊断等领域，可以大大提高农业生产的效率和产量，使得传统的粗放农业大棚生产方式得到极大改进，为农业生产数字化程度的提高提供高效、科学、合理的依据和支持。&　　而我国现阶段的传统种植经营模式，大部分都是依靠种植者摸索经验和感觉来实现作物生长期间的通风遮阳、灌溉加湿、温度调节等各项指标，需要消耗大量人力，实时性差，生产效率低下，一旦判断有误或偏差大就会造成资源浪费或者产量减少。也有一部分温室大棚简单的实现了数字化但成都不高，只能够进行基本的温度、湿度采集，然后根据采集的数据人工实现环境调节，如浇水、遮光或通风等，无法完全实现数字化、智能化。&　　而且即使实现了智能温室环境监控系统，仍然存在很多问题。例如对于使用有线传输的场合，当温室大棚面积较大时，布置的采集信息点也较多，因此铺设的线路也是错综复杂的，这样的情况对于使用和维护都带来一定的难度，受到很大程度的限制；其次大部分的通信都是采用有线传输，在温室内部温度高、空气潮湿，土壤和空气具有较强的腐蚀性，容易损坏通信电缆出现故障，使系统的可靠性降低。&　　国外的数字化温室大棚监控系统程度较高，随着在斯坦福大学召开的基于Internet的远程监控诊断会议的成功举办，基于Internet的远程监控诊断示范系统被开发并得到了制造行业、行业和仪器仪表行业等多家公司的大力支持。随着技术的不断发展，数字化程度较高的控制系统不但在工业领域得到较大的发展，也逐渐的渗透到农业生产的各个领域。而我们原来采用的传统监控系统不够精细和高度数字化，已经无法满足国家发展步伐对现代化农业生产的精细要求，因此人们也越来越认识和重视到数字化监控系统在农业生产中的巨大作用，监控系统也发生了很大的改变，正在向远程监控逐渐过渡，这使得农业远程监控自動化生产成为现实。&　　2数字化温室大棚的实现总体方案研究&　　数字化温室大棚为了实现远程环境监控，必须借助网络对远程端进行监视和控制，完成环境参数采集、参数调节、远程控制和故障恢复等操作。因此系统方案采取基于B/S结构的模型来实现，其中的服务器端运行在Web服务器上，是搭建在主控制端的；而客户端运行在远程本地客户机上，主要用来采集环境信息数据，并进行数据分析。数字化远程监控系统是以网络作为通信平台，以HTTP技术为基础，充分利用现有的网络资源，实现信息的实时获取和实时控制以及信息、资源的合理化配置，能够简单、高效的实现系统配置控制目标，也是农业生产中普遍应用网络实施的远程监控模式。&　　随着网络技术和智能感知芯片技术的结合和飞速发展，为数字化温室大棚环境监控系统的实现提供了极大的便利。数字化温室大棚环境参数采集监控系统的实现总体方案主要包括信息采集系统、数据传输系统、数据控制系统等，其中布置有各种传感器、无线射频节点、喷灌、风机等农业设施和采集节点，能够实时并及时采集温湿度、光照度、CO2浓度等环境参数数据，并对采集的数据进行分析处理作为下一步处理的依据，进一步的进行排风祛湿、灌溉加湿、遮盖避光或采光等活动，自动、智能和科学的改善温室内作物的生长环境，促进农业生产的信息化水平。当大棚出现异常情况时，用户既可以人工手动控制大棚内的设备，也可以通过手机或者电脑远程控制设备。数字化温室大棚控制系统设备的选择和系统的设计直接关系到温室大棚是否可以高效运作，也影响到温室大棚的智能化和自动化程度。数字化监控系统的控制采取流程化，主要是指&信息感知&数据传输&分析处理&设备控制&信息反馈&的这样一个完整的流程，任何一个环节都不能缺少。&　　实现数字化温室大棚环境自动测量与调节控制系统，在采集点分布上实行多点采集并平均数处理的方法来提高测量的精本文由联盟http://www.LWlM.Com收集整理度，同时将采集的数据通过无线射频节点传送到本地计算机和手机上，本地计算机上的数据还可以通过网络传送到远程的控制服务器上，结合服务器端的软件中设定的控制原始数据的对比来对温室中的作物进行环境参数调控，如灌溉、通风、采光等措施进行调控，实现温室大棚的数字化、自动化的管理，不仅节约了人力物力成本，而且提高了采取措施的反应速度。
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基于单片机的温室大棚环境参数监测系统设计
　　【摘 要】随着生活水平的提高，人们希望一年四季都能吃到新鲜的蔬菜，因此对影响农作物生长的温度、湿度和光照度等环境参数进行合理有效的监测和控制，成为温室大棚进一步提高的重要方面。以AT89C51单片机为核心，结合温湿度传感器、光照度传感器设计和实现了这种环境参数监测系统，系统包括数据采集模块、控制模块、键盘电路、液晶显示和报警系统。本系统用于对温室大棚的环境参数监测，具有对温室大棚内的温度、湿度和光照度等环境参数进行实时检测并显示等功能。具有重要的应用价值。 中国论文网 /8/view-6964553.htm　　【关键词】温湿度传感器；光照度传感器；AT89C51单片机；环境参数监测 　　0 引言 　　我国是农业大国，农业生产在国民生产中占据了重要的地位，随着科技水平的提高、人们对生产生活物资需求的增加，温室大棚的发展速度很快，大力发展温室大棚成了近几年的重点[1]。由于我国地理环境复杂气候多变等多方面的原因，根据国外技术设计的温室大棚系统不太符合我国实际，尽管国内已经产生了温室大棚环境参数监测系统的研究成果，但是在稳定性、可靠性和可操作性方面依然不太理想，难以应用推广。为改变传统的人工经验评判的误差大、反应周期长的问题，开发一种稳定性好、可靠性高、成本低、适应性强、易于推广的温室大棚环境参数监测系统，以满足国内日益增长的温室大棚生产的需要[2-3]。 　　为了提高人们的生活水平，对影响农作物生长的温度、湿度和光照度等环境参数进行合理有效的监测和控制，成为温室大棚进一步提高的重要方面。设计开发适合我国地理、气候等方面特点的温室大棚环境参数监测系统，对温室大棚生产力的提高、管理水平的提高，具有深远的意义。 　　1 系统工作原理 　　整个系统的工作过程是通过温湿度传感器、光照度传感器采集信号，内部经信号放大器放大后，送到A/D转换器，将模拟量转化为数字量，传送给单片机控制系统，最后经过LCD液晶显示温湿度和光照度。它包括了测量，显示与控制三模块，测量模块是由温湿度、光照度传感器来完成的；显示模块是通过液晶显示屏来显示环境参数数据；控制模块则是由单片机来控制驱动电路实现的，当温湿、光照度超过可控范围时单片机启动报警系统。硬件结构如图1所示。 　　2 硬件系统设计 　　2.1 单片机控制系统 　　采用AT89C51单片机作为控制器。在单片机系统设计中，时钟电路和复位电路的设计是十分重要的一个环节，在时钟电路中，C1、C2为负载电容。一般情况下，单片机的晶体振荡为并联谐振状态，也可以理解为谐振电容器。根据晶体振荡器厂家提供的晶振要求来对负载电容进行选值的，也就是说，晶体振荡器的频率就是在他提供的负载电容下测得的，如此既能最大限度的保证频率值的误差，又能保证温漂等误差。所以两个电容的取值应是相同的，或者说相差不大，反之容易造成谐振的不平衡，容易造成停振或者干脆不起振。振荡频率为12MHz，幅度为5V。输出的信号与单片机的18，19脚相连。复位电路虽然简单，但其作用十分重要。它通过一个按键和一个极性电容并联，接下拉电阻后接在单片机的引脚RST。 　　2.2 数据采集单元 　　本设计采用数字温湿度传感器SHT11和光照度传感器来采集信号。温湿度传感器有SHT10、SHT11、SHT15型号，但要考虑使用环境、稳定性、精度、价格等各方面问题，因此综合考虑以上因素，选择型号SHT11。该传感器由一个温度传感元件和湿度传感器组成，并连接一个高性能的8位单片机。因此，产品品质优良，响应速度快，抗干扰能力强，性价比很高。即使在恶劣的环境下应用，也可以很好地传输，因此成为各种应用的最佳选择。SHT11的额定工作电压在2.4-5.5V范围区间内，而一般供电电压设定是3.3V，在25℃时测温精度为±0.4℃，测湿精度为±3.0%RH。SCK用于微处理器与SHT11之间的通讯同步，DATA用于读取传感器数据。 　　根据温室大棚内农作物的要求，选择光照度传感器GY-30，无需任何外部零件，光源的依赖性不大，其输出信号为标准的电压及其电流信号，具有体积小、安装方便、线性度好、抗干扰能力强和量程可调的特点，广泛用于环境、养殖、温室和建筑等的光照强度测量[4-5]。 　　2.3 键盘电路 　　在实际运用中，需要设置一个适合植物生长的温湿度、光照度范围。当一个单片机应用系统的运行需要人工干预时，键盘往往是一种最简单的干预途径，利用键盘，人们可以很方便的实现向系统输入数据或让系统去执行某一项命令。在此，系统设置了三个按键，通过这三个按键来设置温湿度、光照度的上下限数值。CPU的操作很快，因此这种抖动就容易对按键的识别产生影响，为了防止因按键抖动而导致系统的误操作，一般采取延时操作消除按键抖动。 　　2.4 输出模块 　　1）液晶显示电路。采用LCD1602液晶显示屏，显示系统采集到的环境参数，当需要进行参数上下限调整时，显示出参数的调整值。可以调节滑动变阻器来调节数据显示的亮度。2）报警电路。该系统采用三个发光二极管灯作为光报警，当系统检测到的数据符合给定的要求时，现场灯不显示；当系统检测到的数据不符合要求时，现场做出相应参数的报警。本设计采集监测三个数据，设置了3个报警，更加容易分辨是哪个参数需要调整。 　　3 软件系统设计 　　主程序是系统的监控程序，在程序运行的过程中必须先经过初始化，包括键盘程序，中断程序，以及各个控制端口的初始化工作。系统在初始化完成后就进入温湿度和光照度测量程序，实时的测量当前的环境参数，并通过显示电路在LCD上显示数据。程序中以中断的方式来重新设定参数的上下限。根据硬件设计完成对环境参数的控制。按下数值加键可以设定参数上限，按下数值减键可以设定参数下限。 　　4 结论 　　本环境参数监测系统设计，是采用数字式温湿度传感器、光照度传感器采集信息，送到单片机进行控制温湿度度和光照度的显示。另外本系统还可以通过外接电路扩展实现报警功能，从而更好的实现温湿度和光照度的实时控制。若AT89C51内存不足，由于引脚相同且功能没有太大差别，可以改为AT89C52替换。在功能、性能、可操作性等方面都有较大的提升，具有更高的性价比。 　　【参考文献】 　　[1]钟新平.基于单片基的温室大棚环境参数自动控制系统[D].控制工程，. 　　[2]盛凯，于会山.基于cc2530的温室大棚智能监测系统设计[J].无线互联科技，2014（7）：62-65. 　　[3]王敏，薛隆泉.温室大棚温湿度、二氧化碳测控系统的研究[J].浙江冶金，2007（3）：62-67. 　　[4]刘洋，金太东.基于CAN总线的智能型温湿度采集系统设计[J].现代电子技术，-22. 　　[5]李毅，余少辉，周步洲.基于DS18B20的测温系统设计[J].电子技术，-13. 　　[责任编辑：汤静]
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