经济型智能温室控制系统的研究

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1、.经济型智能温室控制系统的研究针对目前国内自动控制温室普遍运营成本较高，经济效益较差的现状，研究节约能源型的温室结构和管理模式己成一个重要发展趋势，所以在满足控制要求的同时，研究设计经济型的控制方法和控制系统显得尤其迫切。托普物联网在综合考虑系统的测量精度、效率以及成本等多方面要求之后，选用性价比较高的数字式温度传感器，实现对温度的精确测量与准确控制。针对不同参数，可以通过键盘手动输入预设值，通过单片机控制相应的执行部件，操作简单、使用灵活。对于小型温室，为降低成本，可设计一个串行接口和下载线，用于下载程序；对于大中型温

2、室，可增加上位机，通过RS-232实现和下位机的串行通讯，采用模糊控制方案实现对温室的智能控制。托普物联网在从事物联网的这些年里，不断的在摸索中前景，探讨适合中国使用的物联网系统结构，通浙江大学的教授们讨论，响应国家的农业发展号召，农业物联网的概念，并具体的实施了已经研发出的物联网系统，并取得较好的成绩。备受国家农业部重视，同时，物联网的发展也是未来的发展趋势。1.1温室环境因子分析温室环境包括非常广泛的内容，但通常所说的温室环境主要指空气与土壤的温度、湿度、光照及CO2浓度等。所有这些条件之间是相互作用、相互联系和相互

3、耦合的，作物的生长发育是这些条件综合作用的结果。以温室作物黄瓜为例，温度、湿度及光照等是影响黄瓜产量的主要限制因子，黄瓜是喜温物，其适宜生长的温度范围为15～30℃，结瓜期要求昼夜温度分别为25～30℃和12～15℃；黄瓜各个时期适宜相对湿度范围为60%～85%RH；黄瓜适宜光照强度范围5～35kLX。温室环境控制的重点就是对这些要素进行控制与管理，为作物创造适宜的生长发育环境。1.2控制方案设计该系统采用上、下位机体制，分模块独立设计，以满足不同需求。针对大型连栋温室可采用上、下位机和传感器系统结合控制方案，对小规模农

4、家温室，仅需要选择下位机系统与传感器系统结合完成温室控制。上位机采用PC...机，主要完成数据管理、智能决策及数据统计分析等；下位机采用单片机，主要由主控模块、数据采集模块、人机对话模块、输出控制模块和数据通信模块5个部分组成。系统结构总体设计框架如图1所示。图1温室测控系统结构2系统硬件电路该系统下位机设计以单片机为核心，通过各传感器对日光温室内温度、湿度、光照及CO2等参数实时检测，各检测点温度可以直接送入，而湿度、光照及CO2等参数经过A/D转换器进行模数转换后送入单片机，与预先设定的上下限值进行比较，如有越限量，

5、则有发声报警且相应执行机构动作，直至调节至目标范围内。控制系统基本硬件结构原理如图2所示，主要由检测、控制及键盘显示等模块构成。...图2控制系统基本硬件结构电路示意图2.1微处理器选择微处理器采用51系列单片机AT89C51为核心组成测控单元。AT89C51是美国Atmel公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内有4KB的闪烁可编程及可擦除只读存储器，与工业标准的8051指令集与引脚分布相兼容，并且采用CMOS工艺，功耗低，在性能上优于传统的MCS-51系列单片机，性价比高，广泛应用于各种控制领域。它的极限工作

6、温度为－55～＋125℃，储藏温度为－65～＋150℃，最高工作电压6V，直流输出电流15mA。2.2传感器的选择温度检测选用Dallas公司生产的一线式数字温度传感器DS18B20，该器件耐磨、耐碰，体积小，使用方便，适合于恶劣环境的现场温度测量。采用直接数字化输出，只有3个引脚（即电源VDD、地线GND、数据线DQ），且不需要外部元件，而是共用一条数据线进行通信。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，用符号扩展的16位数字量方式串行输出，大大提高了系统的抗干扰性。该电路检测温度范围为－55～＋125℃，精度为0.

7、5℃，用9bit数字量表示温度，每次将温度转换成数字量需200ms。选用电容式湿度传感器HS1101...，它是基于独特工艺设计的电容元件，动态范围大，动态响应快，几乎没有零漂，结构简单，适应性强，最突出的优点是长期稳定性极强，年漂移量0.5％RH/年。对湿度传感器HS1101的信号处理完之后的信号为脉冲信号，针对湿度变化，脉冲宽度会发生变化，所以可以直接把HS1101处理完之后的信号送到单片机的外部中断口（INT0），来实现脉冲信号宽度测量。光照采集电路主要由一个TSL235型光频转换器和多路开关构成。光频转换器将光照

8、转换为一个与光照强度成正比例的方波电压信号，此方波电压信号经过多路转换开关输入到CPU的计数器。器件对于300～700nm范围的紫外线到可见光均具有温度补偿（真正参与植物光合作用过程的太阳辐射为400～700nm波段的光）。在CO2浓度测量上采用响应速度快、测量精度高、技术成熟的红外CO2气体传感器6004，并配合一