智能温室大棚自动控制系统的设计

武贵贵

河北北方学院 河北省张家口市075000

摘要：随着我国智能化技术的快速发展，快速的在各个领域中应用，温室大棚的种植人员为了提高农作物产量，开始尝试在大棚中合理应用智能化控制。基于此，本文主要介绍了智能温室大棚的有关知识，而且分析了智能化温室大棚控制系统方案设计，以供大家学习和参考。

关键词：智能化控制；温室大棚；设计

引言

智能温室大棚就是农业现代化发展的产物之一，但是在一个密闭空间内进行农作物种植依然存在较多弊端，因此，如何提高温室大棚的种植效率，促进其智能化发展已经成为各大农业企业需要重点关注的问题，如果在智能大棚的信息化和科技化发展方面取得突破，这对整个现代农业而言的作用都是难以估量的。

1智能温室控制的发展状况

国内的相关研究显示，目前我国智能温室控制系统主要体现在对温室温度和湿度的调控，而且不同的温室大棚所选择的侧重点不同，相应的模型建立、指标选择和参数调整都存在一定差距。随着技术水平的不断提高，智能大棚技术人员对大棚内的温度、湿度和光照等影响因素的调节更加精准。此外，还建立了新的设备组合模型，在计算结果的帮助下实现对大棚控制流程的简化，大大提高了智能大棚控制效率。国外关于智能温室大棚的应用与发展相较于国内发展时间更早，发展完善程度更高。研究表明，目前国外在温室大棚温度的控制上已经采用了不同模型的组合建设实现温室农作物生产效率的提高，并且他们对农作物本身性质的把握比国内智能大棚更加细致，施肥量和浇水量等也进行了精致的数据控制，因此，相较于国内的智能温室发展而言，他们在智能温室的应用上更为先进和全面。此外，针对温室大棚农作物生长周期长的问题也在国外温室大棚的发展过程中得到解决，并且以最便捷的方式实现各类先进技术的传播。

2智能温室大棚自动控制系统的设计

2.1ZigBee芯片

CC2530CC2530是一个内核为8051的单片机，最高时钟频率为32MHz，提供了18个中断源和4级中断优先级，片内集成8kSRAM、32~256kFLASH，并配有1个DMA控制器，配有21个I/O端口，挂有定时器、ADC、DAC、看门狗、串口、随机数发生器和AES协处理器等外设。CC2530最小系统为维持正常运行必需的外围电路，由于芯片涉及无线传输，故还必须有高频无线信号传输电路。CC2530是一块41脚的芯片，其中第41脚在芯片封装底部为接地端。P1_4所接LED的作用是显示网络的状态。

2.2FC-28土壤湿度采集模块

4线制的FC-28可以将土壤湿度采集并转化为模拟电压信号输出，可以用CC2530的ADC对其进行采集。

2.3DHT11温湿度采集电路

DHT11采用4引脚的封装，1脚为电源引脚，2脚为单线双向的串行数据接口用于数据的传输，3脚悬空，4脚为地。为使传输更为稳定，常在2脚上拉电阻。

3功能测试与结果分析

3.1系统调试目的

系统调试是系统设计的重要环节，调试是为了发现并排除系统中存在的错误，完善系统功能，有利于更好开展之后的工作。4.2测试方法连接好电路后，在计算机上对温室大棚内土壤湿度、光照度、温度进行范围值的设定。当大棚内温度高于设定值时，排风扇开始旋转通风；当土壤湿度低于设定值时，抽水泵开始工作灌水，当检测到土壤湿度到达设定值时抽水泵停止工作；当大棚内光线不足低于设定值时，补光灯自动亮起，当光照度高于设定值时补光灯自动熄灭。由于实际条件的限制，在系统数据测试时，选择一间有玻璃窗的封闭房间用于模拟温室大棚来测试系统的稳定性与准确性。

3.2测试结果分析

通过实验得出各传感器都存在误差，但都在传感器要求范围内，水泵、补光灯、换气扇作出反应也是很迅速的。测试结果表明该系统的测量精度还是比较高的，显示器显示的数据和温室大棚内真实环境的状况基本上同步，实际应用功能基本达到要求。

4智能温室控制技术的应用展望

4.1信息化发展趋势

从目前世界各行业的发展情况来看，温室信息化发展趋势明显，发展速度快且发展动力强。因为将信息技术应用于各类生产行业中已经成为不同产业企业的共同选择，他们为了能获得更高的收入而选择采用更高新的技术。温室大棚种植业逐渐朝着信息化方向发展，通过对网上的数据进行收集来组建自己的数据信息库，并通过各类信息平台进行数据分析，找出温室生产建设的最佳规模以及作物品种，推测出其上市时间。同时，还可以根据信息技术来建设网上咨询平台，让顾客能够更直接地了解农作物信息。此外，智能温室的信息化发展能让企业实现对农作物数据的动态管理，所以，从对数据的收集和监控来看，智能温室的信息化发展是不可避免的发展趋势。

4.2智能化发展趋势

温室作物在生长过程中需要较长时间，具有要求高和时间长的特点，因此农业企业在进行温室建造过程中，要十分注重其内部环境的控制和外部环境的调整，减少由于自然环境的不确定性对温室带来的影响，同时借助各种智能化手段实现对温室内各项指标的有效控制，通过人为控制手段来促进温室作物产量与质量的提高。因此，温室种植朝着智能化方向发展已经成为一个必然趋势。此外，在进行温室改造与控制的过程中，对于管理人员而言，最难的是将其进行人为控制。因为其中存在太多变化性因素，导致管理人员无法实现某一项内容的精准检测与控制，难以达到令人满意的效果。这也就是我们常说的温室系统较为复杂，无法建立精确的建筑模型，从而只能采取模糊控制方法进行管理。而模糊控制方法也是促进温室环境智能化的主要推动力之一，因为模糊控制方法能让温室实现自控制计算以及系统自我诊断，能更大程度提高系统的使用效率和应用价值。

4.3高效化发展趋势

在农业企业经营方式发展过程中，尤其是使用温室大棚种植时，需要考虑到温室内部的湿度、温度和光照，也要考虑温室外部的气候变化，减少自然环境对温室形态所产生的影响。因此，如何实现温室大棚的利用效果最大化成为目前绝大多数智能大棚发展企业需要解决的关键问题。通过研究我们可以发现对大棚造成影响的因素是多元的，所以在对其进行环境控制时要从不同层面进行考虑，不能只考虑单一的环境要素，而应综合其发展前景、发展现状以及现存问题进行分析，了解不同智能大棚的发展特色与发展趋势，并选择与其发展方向相符合的先进技术促进其高效发展。同时，在智能大棚发展过程中存在部分要素之间的关系不明确的问题，这就会导致技术人员在进行算法计算时难度加大，无法获得正确的产量预测量，也无法实现数据的动态管理，会出现即使使用的高新技术也无法保证温室大棚生产数据时效性的情况。为了防止此类情况的出现，农业企业在进行智能大棚发展时要注意提高其工作效率，采用适合的农业发展技术，并不断优化原有的数学模型，通过算法优化来提高自身智能大棚的工作效率。

结束语

本次设计是基于芯片CC2530和ZStark-CC2530-2.5.1a协议栈平台以及物联网的概念设计的，设计的系统可以24h实时监测温室大棚内的环境变化，同时对环境作出调节，直至达到设定值范围，实现对温室大棚的自动控制。本系统成本低、功耗低、节点控制灵活、精度高、拓展容易，具有较高的经济效益，为温室大棚的自动化控制和管理提供了新的途径。

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