智能溫室大棚系統(tǒng)設(shè)計研究

智能溫室大棚系統(tǒng)設(shè)計研究摘要：本文從基本概念和主要結(jié)構(gòu)兩個方面分析了智能溫室大棚，并且從調(diào)節(jié)光照強度、調(diào)節(jié)二氧化碳濃度、調(diào)節(jié)溫度和濕度三個方面分析了智能溫室大棚的基本功能，最后從系統(tǒng)硬件設(shè)計、系統(tǒng)軟件設(shè)計和智能溫室大棚的調(diào)試三個方面分析了智能溫室大棚中的設(shè)計要點，希望能為相關(guān)工作人員提供一定的參考。關(guān)鍵詞：智能溫室大棚；系統(tǒng)設(shè)計；自動檢測控制前言：科技的發(fā)展會對人力的生活方式和生產(chǎn)方式產(chǎn)生變革性的作用。由于自然環(huán)境的變化會對糧食的收成產(chǎn)生極大的影響，并且蔬果一類的作為也會受到自然季節(jié)的影響而發(fā)生價格變化。所以可以利用智能溫室大棚來改變植物種植的頻率，以此來增加植物種植者的經(jīng)濟收益，為消費者提供更多品種。1智能溫室大棚的概述1.1智能溫室大棚的基本概念溫室大棚是一種密集型和技術(shù)型的農(nóng)業(yè)種植方式，這種種植方式受自然環(huán)境的影響相對較小，并且能夠通過人工干預(yù)的方式來為大棚內(nèi)部創(chuàng)造出適宜植物生長的自然環(huán)境。這種做法在一方面能夠提高植物種植效率和植物產(chǎn)量，以此來為農(nóng)民提供更多的經(jīng)濟收入。另一方面也可以豐富當季蔬果品種，帶來味覺方面的享受。由于反季節(jié)種植對大棚溫度和環(huán)境濕度要求較高，所以需要采用智能溫室大棚系統(tǒng)來進行控制。1.2智能溫室大棚的主要結(jié)構(gòu)如上文中所述，在智能溫室大棚中，可以通過調(diào)節(jié)大棚內(nèi)溫度和濕度的方式來促進植物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。所以在智能大棚的內(nèi)部需要在包含基礎(chǔ)設(shè)施之外，還需要存在能夠控制溫度以及濕度的軟件系統(tǒng)?；A(chǔ)設(shè)施所指的是植物生長所需要的基本裝置，如種植槽和灌溉管等。只有提前搭建好溫室大棚的基礎(chǔ)設(shè)施框架，才能夠進行下一步的智能化系統(tǒng)安裝。智能化的系統(tǒng)需要包括能調(diào)節(jié)溫度和濕度的通風空調(diào)，以及照明系統(tǒng)、二氧化碳噴嘴、加濕系統(tǒng)、加藥施肥裝置等。2智能溫室大棚的基本功能2.1調(diào)節(jié)光照強度在植物生長的過程中，溫室大棚需要主要肩負著調(diào)節(jié)光照、溫度、濕度和二氧化碳濃度的作用，以此來讓農(nóng)作物能夠在適宜的環(huán)境下生長。大棚中安裝的光照傳感器能夠感受到周圍的光照，并且根據(jù)光照的強弱做出反應(yīng)。如當傳感器接收到的光照偏強的時候，就說明大棚內(nèi)的光照強度過高，需要調(diào)節(jié)。智能大棚就可以對此來做出反應(yīng)，打開遮光簾[1]。當光照傳感器感受到的光照偏小時，就會降低遮光簾的高度并且提高燈光亮度，讓室內(nèi)獲得充足的光照。2.2調(diào)節(jié)二氧化碳濃度二氧化碳的濃度是一項能夠影響植物光合作用速度的重要因素，植物內(nèi)部碳元素的積累量也會一定程度上對植物本身的品質(zhì)造成影響，所以需要通過傳感器對室內(nèi)的二氧化碳濃度進行監(jiān)管。當傳感器發(fā)現(xiàn)室內(nèi)二氧化碳濃度過高，不利于植物生長的時候便可以通過智能化大棚系統(tǒng)開啟系統(tǒng)排風扇，把多余的二氧化碳從室內(nèi)排向室外，當室內(nèi)二氧化碳濃度過低的時候，就會自動開啟二氧化碳噴嘴，提升室內(nèi)二氧化碳濃度。2.3調(diào)節(jié)溫度和濕度高溫會導致植物出現(xiàn)脫水的情況，而低溫又會降低植物活性。所以保障植物在合適的溫度下生長是十分重要的。工作人員可以采取開啟溫度傳感器的方式來控制智能大棚內(nèi)部的溫度。水分也是影響植物生長狀態(tài)的一項重要因素，當室內(nèi)濕度傳感器察覺到濕度過大的時候，便可以開啟排風扇，并且根據(jù)濕度超標的情況來控制排風扇轉(zhuǎn)速，避免植物根系發(fā)生腐爛。當室內(nèi)的濕度傳感器顯示濕度過低的時候，便可以開啟加濕器，保障植物能夠吸收到足夠的水分。3智能溫室大棚中的設(shè)計要點3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1.1主控單元模塊本系統(tǒng)在設(shè)計的時候主要采用STC89C51主控單元芯片。這種芯片的功耗較低并且性能較高，并且內(nèi)置4KBEEPROM,MAX810復位電路，三個16位定時器和一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)。為了能夠確保這個主控單元模塊能夠順利運行，滿足工作人員的需求，就需要做好復位電路的設(shè)計。復位電路的首要功能是上電復位，為了能夠更進一步地確保復位電路安全性，本設(shè)計中采取了手動按鈕復位的方式，工作人員在進行復位操作的時候需要保持按鈕接通時間大于一秒。3.1.2監(jiān)測采集模塊檢測采集模塊主要負責監(jiān)控和采集智能溫室中的溫度狀況、濕度狀況和光照狀況，并且將采集的數(shù)據(jù)傳輸至中央系統(tǒng)，再讓中央系統(tǒng)根據(jù)軟件中的智能化操作方式進行選擇，調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度、濕度、光照和二氧化碳的濃度。本文中所采用的溫度濕度傳感器是一種復合型的傳感器，并且該傳感器具有已校準數(shù)字信號運輸?shù)?，靈敏度較高的傳感器，比較能夠滿足濕度溫度監(jiān)視的作用。所采用的土壤濕度采集電路則利用了濕敏電阻的轉(zhuǎn)換源流，而光照采集電路利用了光敏電阻的轉(zhuǎn)換原理。3.1.3顯示模塊智能溫室大棚中的顯示模塊主要負責顯示室內(nèi)的溫度情況、濕度情況、光照情況和二氧化碳濃度情況。工作人員可以通過觀察顯示模塊來更加直觀地掌握室內(nèi)的基本情況，并且結(jié)合室內(nèi)情況和植物的生長需求來對溫室大棚的環(huán)境進行手動調(diào)節(jié)。本設(shè)計中所采用的顯示屏為1620液晶顯示屏，這種顯示屏由若干個5X7等點陣字符組成，并且能夠起到顯示字母、數(shù)字和符號的作用。由于本顯示屏的靈敏性較高而較為清晰，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。3.1.4控制執(zhí)行模塊控制執(zhí)行模塊顧名思義，是在采集到室內(nèi)的溫度、濕度、光照以及二氧化碳濃度之后，需要根據(jù)智能大棚的輸入來調(diào)節(jié)室內(nèi)的環(huán)境的一種模塊。該模塊在設(shè)計的時候需要保障控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)之間能夠形成相互互動的關(guān)系，所以需要利用繼電器這種電控制器件來進行操作。這種操作通常被應(yīng)用于自動化的控制電路中，實際上屬于一種利用電流量大小來進行控制的自動開關(guān)，即用大流量的電流來控制小流量的電流。在整個電路系統(tǒng)中，能夠起到安全調(diào)節(jié)和保護的作用。3.2系統(tǒng)軟件設(shè)計本系統(tǒng)內(nèi)的軟件主要包括數(shù)據(jù)處理、參數(shù)控制和數(shù)據(jù)庫三個部分。首先，當傳感器采集到數(shù)據(jù)之后可以直接把它發(fā)送給計算機，計算機模塊會對該數(shù)據(jù)進行分析和處理，并且把數(shù)據(jù)內(nèi)容和設(shè)定好的標準數(shù)據(jù)進行比較[2]。比較之后，會把處理完畢的數(shù)據(jù)結(jié)果發(fā)送給執(zhí)行模塊。執(zhí)行模塊在接受到數(shù)據(jù)內(nèi)容的時候會根據(jù)其結(jié)果來對智能溫室大棚中的環(huán)境進行調(diào)整，確保大棚中的環(huán)境處于標準狀態(tài)。在這個過程中，數(shù)據(jù)庫會儲存大棚工作中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫需要進行定期更新。3.3智能溫室大棚的調(diào)試智能溫室大棚需要在完成系統(tǒng)軟件和硬件的設(shè)計以及測試之后才能夠投入使用，工作人員需要對系統(tǒng)中的軟件部分以及硬件部分進行分別測試，并且需要確保其功能完備之后，再進行聯(lián)合測試。以確保系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理模塊是健全的。在完成測試之后，還需要對系統(tǒng)本身進行初始化測試和復位測試，以此來更進一步地確保系統(tǒng)能夠長長使用。由于當智能溫室大棚在運作的時候需要實時儲存工作數(shù)據(jù)，所以要確保復位之后系統(tǒng)不歸零。結(jié)論：溫室大棚的智能化工作方法和工作內(nèi)容能為農(nóng)民的生產(chǎn)帶來極大的便利，也能夠在一定程度上提高蔬菜和水果的質(zhì)量。智能溫室大棚能夠通過調(diào)節(jié)溫度和光照等條件把大棚內(nèi)