收稿日期 2020 02 24 作者簡介 王龍忠 1982 男 甘肅人 工程師 研究方向 物 聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的智能灌溉 科技的發(fā)展會(huì)推動(dòng)和改進(jìn)人類的生活方式 傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種 植往往是靠天吃飯 自然環(huán)境的變化對(duì)糧食收成的影響很 大 且許多農(nóng)作物種植會(huì)受到季節(jié)的影響 導(dǎo)致冬季的果蔬 價(jià)格偏高 種類偏少 溫室大棚可增加種植的頻率 提高了種 植者的經(jīng)濟(jì)收入 為人們提供了更加豐富的果蔬品種 智能 化的溫室大棚 通過軟硬件結(jié)合 可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)溫室大 棚內(nèi)相關(guān)參數(shù)的功能 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 技術(shù)型的農(nóng)業(yè)種植方式 與傳 統(tǒng)的種植相比 溫室大棚的種植受自然環(huán)境的影響程度小 可以通過人工干預(yù)的方式創(chuàng)造出更適合農(nóng)作物生長的環(huán)境 通過溫室大棚的種植方式 一方面可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量 給種植者帶來更高的經(jīng)濟(jì)收入 另一方面可以豐富人們的餐 桌 帶來味覺享受 反季節(jié)種植對(duì)大棚溫度 環(huán)境濕度等參數(shù) 的要求較高 需要設(shè)備輔助為農(nóng)作物提供適宜的生長環(huán)境 智能化的溫室大棚成為了目前主要的研究和設(shè)計(jì)對(duì)象 1 2 智能溫室大棚的主要結(jié)構(gòu) 智能化的溫室大棚可以通過機(jī)器對(duì)溫室大棚中的參數(shù) 進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié) 主要包括光照強(qiáng)度 二氧化碳濃度 溫度和濕 度等對(duì)農(nóng)作物生長影響程度較大的參數(shù) 智能化溫室大棚的 主要結(jié)構(gòu)包括了基礎(chǔ)設(shè)施 硬件設(shè)備和軟件設(shè)備3個(gè)方面 基礎(chǔ)設(shè)施是指農(nóng)作物生長所必須搭建的一些基本裝置 如栽 種槽 灌溉管 覆蓋膜和中空板框架等 只有搭建好了這些基 本裝置后 才可以安裝智能化調(diào)節(jié)所需要的軟硬件設(shè)備 硬 件設(shè)備主要是指?jìng)鞲衅?通風(fēng)空調(diào) 照明系統(tǒng) 二氧化碳噴 嘴 加濕器 加藥施肥等裝置 這些硬件設(shè)備需要借助物聯(lián)網(wǎng) 通過軟件進(jìn)行連接控制 幫助調(diào)節(jié)溫室大棚內(nèi)部的環(huán)境參 數(shù) 軟件設(shè)備主要是指種植者對(duì)溫室大棚進(jìn)行調(diào)節(jié)的一套系 統(tǒng) 軟件系統(tǒng)有手動(dòng)調(diào)節(jié)和自動(dòng)調(diào)節(jié)兩種模式 可以根據(jù)實(shí) 際情況來進(jìn)行靈活處理 2 智能溫室大棚的基本功能 溫室大棚的基本功能主要表現(xiàn)在對(duì)農(nóng)作物生長所需要 的環(huán)境因素進(jìn)行智能化調(diào)節(jié) 使農(nóng)作物維持在較為合適的生 長狀態(tài)下 對(duì)提升農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)有極大幫助 2 1 光照強(qiáng)度的調(diào)節(jié) 當(dāng)傳感器上接收到的光通量偏高時(shí) 說明溫室大棚內(nèi)的 光照強(qiáng)度過高 可能會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物的脫水 需要調(diào)節(jié)室內(nèi)照 明設(shè)備的亮度 打開室內(nèi)的遮光簾 光通量較小時(shí) 說明溫室 大棚內(nèi)的光照強(qiáng)度不足 則需要調(diào)高燈光亮度 降低遮光簾 的高度 使室內(nèi)獲得充足的光照 2 2 二氧化碳濃度的調(diào)節(jié) 二氧化碳濃度是影響植物光合作用重要的因素之一 碳 元素的積累會(huì)影響農(nóng)作物的品質(zhì) 當(dāng)傳感器顯示溫室大棚內(nèi) 二氧化碳濃度過高時(shí) 系統(tǒng)可以開啟排風(fēng)扇將多余的二氧化 碳排除室外 傳感器顯示數(shù)值過低時(shí) 二氧化碳噴嘴會(huì)自動(dòng) 開啟 及時(shí)補(bǔ)充室內(nèi)的二氧化碳含量 2 3 溫度的調(diào)節(jié) 當(dāng)溫度傳感器中顯示溫室大棚內(nèi)的溫度過高時(shí) 系統(tǒng)自 動(dòng)開啟制冷設(shè)備 避免因溫度過高導(dǎo)致農(nóng)作物的脫水 溫度 顯示較低時(shí) 可以開啟空調(diào)等加熱設(shè)備 提高室內(nèi)溫度 恢復(fù) 農(nóng)作物光合作用的活性 On the System Design of Intelligent Greenhouse Wang Longzhong Dayu Water Saving Group Limited by Share Ltd Jiuquan 735000 Gansu China Abstract There are some differences between crops planted in greenhouse and natural environment but through intelligent equipment improvement it can improve crop quality while providing the best environment for crop growth This paper systematically introduces the concept and structure of intelligent greenhouse and discusses how to design the intelligent system of greenhouse by analyzing the main functions of greenhouse Key words intelligent greenhouse system design 淺談智能溫室大棚的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 王龍忠 大禹節(jié)水集團(tuán)股份有限公司 甘肅 酒泉 735000 摘 要 溫室大棚種植的作物與在自然環(huán)境種植下會(huì)有一定的差異 但通過智能化設(shè)備改進(jìn) 能夠在提供農(nóng)作物生長最優(yōu)質(zhì)環(huán)境 的同時(shí)提高作物品質(zhì) 文章系統(tǒng)性地介紹了智能溫室大棚的概念與結(jié)構(gòu) 通過分析溫室大棚的主要功能 討論了如何進(jìn)行溫室大 棚的智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 關(guān)鍵詞 智能化 溫室大棚 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 中圖分類號(hào) S625 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A doi 10 3969 j issn 1673 887X 2020 03 010 文章編號(hào) 1673 887X 2020 03 0032 02 農(nóng)業(yè)裝備 32 Vol 363 No 03 MAR 2020 農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備 AGRICULTURALTECHNOLOGY EQUIPMENT 2 4 濕度的調(diào)節(jié) 水分是影響農(nóng)作物的正常生長的重要成分之一 室內(nèi)傳 感器中顯示濕度較大時(shí) 系統(tǒng)需要開啟排風(fēng)扇 同時(shí)根據(jù)溫 度超標(biāo)的等級(jí)對(duì)排風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制 避免植物根系發(fā)生 腐爛 傳感器數(shù)值顯示過低時(shí) 需要開啟加濕器或灌溉系統(tǒng) 使農(nóng)作物可以充分吸收水分 3 智能溫室大棚系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 3 1 溫室大棚系統(tǒng)搭建中的硬件設(shè)計(jì) 溫室大棚系統(tǒng)搭建中的硬件部分可以分為主控單元 監(jiān) 測(cè)傳感單元 顯示單元和執(zhí)行控制單元4個(gè)部分 首先 溫室大棚的主控單元一般使用單片機(jī)進(jìn)行操控 常見的C51單片機(jī)是一種價(jià)格適中 性能穩(wěn)定的單片機(jī)系 統(tǒng) C51單片機(jī)有32位的接口 可以滿足溫室大棚中對(duì)光 照 二氧化碳 溫度和濕度4個(gè)參數(shù)的控制需求 為了使溫室 大棚內(nèi)的硬件設(shè)備在遇到故障時(shí)能夠快速恢復(fù)到正常工作 狀態(tài) 需要在單片機(jī)的主控單元中留下一個(gè)復(fù)位接口 操作 者可以通過復(fù)位接口重啟系統(tǒng) 晶振電路是單片機(jī)中的時(shí)鐘 信號(hào)輸入 晶振的頻率即時(shí)鐘的頻率 C51中常用的晶振為 1105 92Mhz 其次 溫室大棚系統(tǒng)中最重要的監(jiān)測(cè)傳感單元主要是通 過采集電路和傳感器對(duì)溫室大棚中對(duì)光照 二氧化碳 溫度 和濕度4個(gè)參數(shù)進(jìn)行采集和傳輸?shù)?光照強(qiáng)度可以使用光敏 電阻進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換獲得光照強(qiáng)度的數(shù)值 為了提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn) 確性 需要在溫室大棚中的不同位置安裝采集器 二氧化碳 濃度采集電路主要是根據(jù)空氣中傳感器采集到的數(shù)值進(jìn)行 傳輸和調(diào)控的 溫度控制器可以使用熱敏電阻進(jìn)行采集 可 以在電路中安裝一個(gè)電容進(jìn)行保護(hù) 室內(nèi)濕度有特殊的濕敏 電阻進(jìn)行采集和調(diào)節(jié) 第三 C51系統(tǒng)中可以使用液晶顯示或數(shù)碼管顯示 為 了提高系統(tǒng)的顯示效率 同時(shí)節(jié)約單片的接口 1602液晶顯 示能夠更加便捷地對(duì)溫室大棚內(nèi)許多參數(shù)進(jìn)行顯示 1602液 晶屏中的點(diǎn)陣可以顯示字母 符號(hào)和數(shù)字 比數(shù)碼管的顯示 功能更全面 通過接口與系統(tǒng)直接相連 種植者可以直接查 詢到溫室大棚內(nèi)的參數(shù) 對(duì)需要調(diào)節(jié)的部分進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整 第四 能夠突出溫室大棚智能化的系統(tǒng)即控制執(zhí)行單 元 主要依靠繼電器使控制模塊與執(zhí)行模塊之間產(chǎn)生關(guān)聯(lián) 由于智能系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制 主要依靠繼電器中 的微弱電流引起系統(tǒng)中大電流的變化 使系統(tǒng)達(dá)到 自動(dòng) 的 狀態(tài) 從直觀角度來看可以開啟或關(guān)閉某些電路 3 2 溫室大棚系統(tǒng)搭建中的軟件設(shè)計(jì) 溫室大棚系統(tǒng)搭建中的軟件系統(tǒng)主要有數(shù)據(jù)處理 參數(shù) 控制 數(shù)據(jù)庫等部分組成 首先 對(duì)傳感器采集到的數(shù)據(jù)可以直接發(fā)送給計(jì)算機(jī) 計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理模塊需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理 并將相 對(duì)應(yīng)的處理結(jié)果發(fā)送給下一個(gè)執(zhí)行模塊 在數(shù)據(jù)的處理過程 中 需要將設(shè)定好的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和采集數(shù)據(jù)進(jìn)行比較 判斷溫 室大棚內(nèi)此時(shí)的狀態(tài) 其次 軟件系統(tǒng)中對(duì)溫室大棚中參數(shù)的控制主要是對(duì)數(shù) 據(jù)處理的結(jié)果做出相應(yīng)的響應(yīng) 即數(shù)值高于預(yù)設(shè)時(shí) 系統(tǒng)會(huì) 下達(dá)必要的指令 使控制單元開啟或關(guān)閉某些零件 使溫室 大棚內(nèi)的參數(shù)逐漸恢復(fù)到正常狀態(tài) 第三 數(shù)據(jù)庫是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)的軟件 在溫室大棚的 軟件系統(tǒng)中 需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更新處理 但舊的數(shù)據(jù)不會(huì)被 覆蓋 而是由數(shù)據(jù)庫中不同的存儲(chǔ)單元進(jìn)行保存 方便種植 者對(duì)歷史數(shù)據(jù)的查驗(yàn) 3 3 智能溫室大棚系統(tǒng)的調(diào)試 智能溫室大棚系統(tǒng)在軟硬件設(shè)計(jì)完成后需能測(cè)試和調(diào) 整才能夠投入使用 一方面 設(shè)計(jì)人員可以對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行 分別測(cè)試 當(dāng)各個(gè)模塊的功能實(shí)現(xiàn)基本完成后 再將其進(jìn)行 聯(lián)合調(diào)試 驗(yàn)證數(shù)據(jù)的采集和處理等功能是否完全 另一方 面 需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行必要的初始化和復(fù)位等測(cè)試 在智能溫 室大棚中 需要對(duì)工作狀態(tài)和工作數(shù)據(jù)進(jìn)行保存 當(dāng)遇到故 障時(shí) 簡單的復(fù)位不能引起系統(tǒng)的歸零 否則是不成功的設(shè) 計(jì) 而應(yīng)該在保存原始信息的基礎(chǔ)上 消除不兼容或錯(cuò)誤操 作的情況 4 結(jié)語 溫室大棚的智能化工作方式能夠帶來極大的便利 對(duì)控 制和提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)也有很大幫助 光照 二氧化碳濃度 溫 度和濕度等是影響農(nóng)作物光合作用的重要影響因素 智能溫 室大棚通過對(duì)這些信號(hào)的采集和傳輸 及時(shí)調(diào)節(jié)參數(shù)使其恢 復(fù)到更適合農(nóng)作物生長的數(shù)值 智能化溫室大棚已經(jīng)取得了 一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值 系統(tǒng)整體表現(xiàn)穩(wěn)定 信號(hào)傳輸準(zhǔn)確 是 未來種植業(yè)的一大新發(fā)展方向和趨勢(shì) 參考文獻(xiàn) 1 龔尚福 潘虹 智能溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) J 現(xiàn)代電子技 術(shù) 2017 19 119 122 2 文燕 基于物聯(lián)網(wǎng)智能溫室大棚系統(tǒng)的構(gòu)建 J 信息與電腦 2015 17 67 70 3 焦鵬邈 李波 白翠艷 劉浩 劉禧琛 李林琦 節(jié)能型智能溫室大棚控 制系統(tǒng) J 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 2019 9 11 74 76 79 4 朱斌 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能溫室系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) D 武漢輕工大學(xué) 2019 5 孫虹 智能溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) D 遼寧石油化工大學(xué) 2019 6 孫碩碩 郭劉飛 徐志業(yè) 段先清 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