微型水培人工氣候箱環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 張?chǎng)斡?1 肖雨萌 1 孟澤江 1 史穎剛 1 3 崔永杰 1 2 3 1 西北農(nóng)林科技大學(xué) 機(jī)械與電子工程學(xué)院 陜西 楊凌 712100 2 陜西省農(nóng)業(yè)信息感知與智能服務(wù)重點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)室 陜西 楊凌 712100 3 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 陜西 楊凌 712100 摘 要 針對(duì)水培菜生長(zhǎng)過程中對(duì)光照強(qiáng)度 環(huán)境溫濕度及營養(yǎng)液的不同需求 設(shè)計(jì)了一種微型水培人工氣候 箱環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng) 可用于家庭園藝或餐廳農(nóng)場(chǎng) 基于 STM32F103ZET6 控制器 設(shè)計(jì)了系統(tǒng)相關(guān)硬件電路及系統(tǒng) 控制程序 主要包括外部環(huán)境檢測(cè)模塊 外部環(huán)境調(diào)節(jié)模塊 營養(yǎng)液檢測(cè)模塊 營養(yǎng)液調(diào)節(jié)模塊 LCD 顯示及按鍵 模塊及上位機(jī)顯示界面 用戶可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微型人工氣候箱中的光照強(qiáng)度 溫濕度以及營養(yǎng)液的 pH 酸堿度 值 EC 電導(dǎo)率 值 DO 溶解氧 值和主要養(yǎng)分離子濃度 相關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作 可將各環(huán)境參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)至標(biāo)準(zhǔn)閾值 內(nèi) 由上位機(jī)界面顯示各環(huán)境參數(shù)的變化情況 系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)試結(jié)果表明 系統(tǒng)能夠在 15min 內(nèi)完成對(duì)作物生長(zhǎng) 所需各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)的調(diào)節(jié) 為作物生長(zhǎng)提供穩(wěn)定可靠的環(huán)境條件 同時(shí)可監(jiān)測(cè)所得主要養(yǎng)分離子濃度的變化情 況 為后續(xù)研究作物生長(zhǎng)養(yǎng)分吸收規(guī)律和養(yǎng)分動(dòng)態(tài)管理提供依據(jù) 關(guān)鍵詞 微型人工氣候箱 水培環(huán)境 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 自動(dòng)調(diào)節(jié) 中圖分類號(hào) S626 S625 5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1003 188X 2022 06 0077 06 0 引言 營養(yǎng)液水培模式是無土栽培的常見模式 1 2 具 有操作簡(jiǎn)便 病蟲害少 便于自動(dòng)化和智能化控制等 優(yōu)點(diǎn) 3 5 是 微農(nóng)業(yè) 的典型形式之一 6 7 被廣泛 應(yīng)用于家庭陽臺(tái) 庭院的微型植物工廠 針對(duì)微型植 物工廠環(huán)境調(diào)控及植物生長(zhǎng)過程等方面的智能控制 很多專家 學(xué)者也開展了相關(guān)研究 部分研究可以遠(yuǎn) 程監(jiān)控密閉式家庭植物工廠的溫度 濕度 營養(yǎng)液循 環(huán) 光照 氧氣和二氧化碳濃度及二氧化碳濃度 8 9 并分時(shí)段采用不同控制策略調(diào)控各環(huán)境參數(shù) 10 另 外 還有些研究基于物聯(lián)網(wǎng) 用戶可以通過 Web 瀏覽 器或手機(jī) APP 遠(yuǎn)程查看微型植物工廠運(yùn)行狀態(tài) 修改 控制系統(tǒng)設(shè)置參數(shù) 11 13 空氣溫濕度 光照強(qiáng)度等環(huán)境條件是作物健康生 長(zhǎng)的基本要求 但營養(yǎng)液成分是水培模式下作物能否 健康生長(zhǎng)的關(guān)鍵 目前 針對(duì)微型植物工廠環(huán)境控制 的相關(guān)研究 主要聚集于溫濕度 光照強(qiáng)度等空氣環(huán) 收稿日期 2021 04 12 基金項(xiàng)目 陜西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目 2019ZDLNY02 04 陜西省高 等教育學(xué)會(huì) 2019 年高等教育科學(xué)研究項(xiàng)目 XGH19023 2019 陜西高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程建設(shè)項(xiàng)目 2019 2020 西北 農(nóng)林 科 技 大 學(xué) 大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃 項(xiàng) 目 S202010712606 作者簡(jiǎn)介 張?chǎng)斡?1997 女 陜西延安人 碩士研究生 E mail zxy1014849304 163 com 通訊作者 崔永杰 1971 男 吉林圖們?nèi)?教授 博士生導(dǎo)師 E mail agriculturalrobot nwafu edu cn 境的監(jiān)測(cè)與調(diào)控 針對(duì)營養(yǎng)液特征參數(shù)及其養(yǎng)分濃度 變化的相關(guān)研究較少 為此 筆者設(shè)計(jì)了基于 STM32 控制器的微型人工 氣候箱水培環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng) 檢測(cè)并實(shí)時(shí)顯示種植環(huán)境 的溫濕度 光照強(qiáng)度 營養(yǎng)液的 pH 值 EC 值 DO 值以 及主要養(yǎng)分 K Ca 2 NO 3 離子濃度的動(dòng)態(tài)變化 再驅(qū) 動(dòng)相關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作 調(diào)節(jié)環(huán)境參數(shù) 為作物生長(zhǎng)持 續(xù)提供適宜的環(huán)境條件 1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 微型人工氣候箱尺寸為 700mm 700mm 500mm 整體結(jié)構(gòu)如圖 1 所示 其中 溫濕度傳感器 光照傳 感器以及調(diào)節(jié)氣候箱內(nèi)部環(huán)境的電風(fēng)扇 加熱片 加 濕器均安裝在箱體側(cè)壁和內(nèi)部 植物生長(zhǎng)燈位于箱體 頂部 用于補(bǔ)充環(huán)境光照 采集營養(yǎng)液特征參數(shù)的 pH EC DO 值傳感器以及 K Ca 2 NO 3 離子選擇電 極固定在栽培槽上 栽培槽四周連接輸水管和循環(huán) 泵 實(shí)現(xiàn)營養(yǎng)液的循環(huán)控制 儲(chǔ)液箱和增氧泵放置于 箱體外部 用戶可通過箱體外側(cè)的上位機(jī)顯示界面 實(shí)時(shí)查看氣候箱內(nèi)的環(huán)境參數(shù) 水培環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主要由主控制器模塊 外部環(huán) 境檢測(cè)模塊 調(diào)節(jié)模塊 營養(yǎng)液檢測(cè)模塊 調(diào)節(jié)模塊 LCD 顯示及按鍵模塊以及上位機(jī)顯示界面組成 如圖 2 所示 系統(tǒng)通過溫濕度傳感器檢測(cè)種植環(huán)境的溫度 和濕度 利用光照傳感器檢測(cè)環(huán)境的光照強(qiáng)度 并通 過調(diào)節(jié)模塊中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的調(diào)控 著重監(jiān) 77 2022 年 6 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 6 期 DOI 10 13427 ki njyi 2022 06 013 測(cè)營養(yǎng)液的特征參數(shù) 包括 pH 值 EC 值 DO 值以及 營養(yǎng)液中 K Ca 2 NO 3 離子濃度的變化情況 利用 循環(huán)泵實(shí)現(xiàn)營養(yǎng)液循環(huán) 并根據(jù)檢測(cè)的特征參數(shù)補(bǔ)充 氧氣或更換營養(yǎng)液 LCD 顯示及按鍵模塊供用戶提 前設(shè)置各環(huán)境參數(shù)的閾值 當(dāng)檢測(cè)到的環(huán)境條件超出 設(shè)定閾值時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行 直至各環(huán)境參數(shù)的檢測(cè)值 符合要求 利用 WiFi 模塊將系統(tǒng)接收的數(shù)據(jù)無線傳 送至上位機(jī)軟件 并顯示動(dòng)態(tài)變化曲線 實(shí)現(xiàn)對(duì)微型 人工氣候箱內(nèi)水培環(huán)境的整體監(jiān)測(cè)和自動(dòng)調(diào)控 1 儲(chǔ)液箱 2 增氧泵 3 輸氣管 4 輸水管 5 栽培槽 6 定植板 7 離子選擇電極 8 電風(fēng)扇 9 亞克力透明箱體 10 光照傳感器 11 溫濕度傳感器 12 加熱片 13 加濕器 14 循環(huán)泵 圖 1 微型人工氣候箱 Fig 1 Miniature artificial climate box 圖 2 水培環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu) Fig 2 Hydroponic environment monitoring system structure 2 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 2 1 電源模塊設(shè)計(jì) 整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)環(huán)境參數(shù)的檢測(cè) 及自動(dòng)調(diào)控 因此基于 STM32F103ZET6 芯片設(shè)計(jì)主 控系統(tǒng) 控制多個(gè)傳感器和多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 以實(shí)現(xiàn)精 準(zhǔn)監(jiān)控微型人工氣候箱內(nèi)水培環(huán)境 氣候箱外部共 有十幾種設(shè)備需要進(jìn)行供電 其功率與電壓如表 1 所 示 為滿足不同電壓等級(jí)設(shè)備的供電需求 避免不同 等級(jí)電壓的相互影響 設(shè)計(jì)如圖 3 所示的 DC12V 轉(zhuǎn) DC5V DC12V 轉(zhuǎn) DC3 3V 兩種電壓轉(zhuǎn)換電路 表 1 外圍設(shè)備電壓與功率 Table 1 Voltage and power of peripheral equipment 設(shè)備類型 工作電壓 V 最大功率 W 循環(huán)泵 DC12 12 000 LCD 顯示屏 DC3 3 0 680 主控制器 DC3 3 0 118 加濕器 DC12 15 000 植物生長(zhǎng)燈 DC5 7 000 其他傳感器 DC3 5 5 3 000 圖 3 電源轉(zhuǎn)換電路圖 Fig 3 Power conversion circuit 2 2 數(shù)據(jù)預(yù)設(shè)及采集 參考專家 學(xué)者關(guān)于水培蔬菜的種植環(huán)境條件的 相關(guān)研究 14 15 預(yù)先設(shè)置了氣候箱內(nèi)的空氣溫度 濕 度 光照強(qiáng)度 營養(yǎng)液 pH 值 DO 值和 EC 值的標(biāo)準(zhǔn)參 數(shù)閾值 如表 2 所示 農(nóng)戶結(jié)合培育水培蔬菜過程中 總結(jié)的相關(guān)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn) 通過按鍵模塊和 LCD 顯示屏 調(diào)整相關(guān)參數(shù)的預(yù)設(shè)值 液晶顯示屏選用 LCD1602 按鍵電路 見圖 4 分為 設(shè)置 增大 減小 3 個(gè)按 鍵 當(dāng)用戶使用設(shè)置鍵來切換要改變的環(huán)境參數(shù)時(shí) LCD 顯示屏上出現(xiàn)相應(yīng)的文字 用戶即可對(duì)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境 參數(shù)的閾值進(jìn)行設(shè)定 其中 光照強(qiáng)度每次按鍵的改 變值為 1000lux 空氣溫度每次按鍵的改變值為 1 C 空氣濕度每次按鍵改變量為 1 H 營養(yǎng)液 pH 值每 次按鍵的改變值為 0 1 DO 值每次按鍵的改變值為 0 1mg L EC 值每次按鍵的改變值為 0 1dS m 87 2022 年 6 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 6 期 表 2 環(huán)境參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)閾值 Table 2 Standard threshold of environmental parameters 參數(shù)名稱 設(shè)定閾值 環(huán)境溫度 18 25 環(huán)境濕度 75 H 85 H 光照強(qiáng)度 18000 30000lux 營養(yǎng)液 pH 值 6 0 6 9 營養(yǎng)液 EC 值 1 8 2 5dS m 營養(yǎng)液 DO 值 7 0 8 0mg L 圖 4 按鍵電路 Fig 4 Button circuit 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集由外部環(huán)境檢測(cè)模塊和營養(yǎng)液 檢測(cè)模塊兩部分組成 其中 外部環(huán)境檢測(cè)模塊選用 DHT11 溫濕度傳感器和 GY 30 型光照傳感器 營養(yǎng) 液檢測(cè)模塊選用 STD ECCG 1 型 EC 值傳感器 KDS 25B 型溶解氧傳感器 雷磁 E 201 型 pH 值傳感器 采用離子選擇電極檢測(cè)營養(yǎng)液中 K Ca 2 NO 3 的濃 度變化 采集好的數(shù)據(jù)需要傳輸?shù)街骺叵到y(tǒng) 以便系 統(tǒng)做出決策 完成后續(xù)調(diào)控 其中 光照傳感器采用 IIC 通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 溫濕度傳感器采用單總 線方式通信 營養(yǎng)液特征參數(shù)檢測(cè)傳感器均采用 S485 串口通信的方式 2 3 調(diào)控模塊驅(qū)動(dòng)電路 當(dāng)環(huán)境參數(shù)超出預(yù)設(shè)的閾值條件時(shí) 系統(tǒng)會(huì)做出 決策 驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作 其中 通過植物生 長(zhǎng)燈 電風(fēng)扇 加濕器和加熱片來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度及光 照強(qiáng)度等外部環(huán)境的調(diào)控 設(shè)計(jì)繼電器電路間接控制 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 共有 4 個(gè)繼電器 分別連接加熱片 電風(fēng) 扇 加濕器和植物生長(zhǎng)燈用以各因素的自動(dòng)調(diào)控 如 圖 5 所示 其中 P2 是連接外設(shè)的 KF128 2P 端子 當(dāng)調(diào)控參數(shù)值不在設(shè)定的閾值范圍時(shí) LED 亮起 起警 示作用 調(diào)控營養(yǎng)液需要采用循環(huán)泵定時(shí)循環(huán)營養(yǎng)液 增 氧泵補(bǔ)充營養(yǎng)液中的氧氣 但主控制器不能直接控制 DC12V 的泵 因此 采用耗盡型 CMOS 管間接控制循 環(huán)泵和增氧泵 采用 TLP521 光電耦合器隔離主控制 器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)供電電路 避免外界信號(hào)串?dāng)_主控制 器 增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全性 循環(huán)泵和增氧泵的 驅(qū)動(dòng)電路如圖 6 所示 圖 5 繼電器電路 Fig 5 elay circuit 圖 6 泵驅(qū)動(dòng)電路 Fig 6 Circulating pump drive circuit 2 4 WiFi 傳輸模塊 系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)需要無線上傳上位機(jī) 通過選用 ESP8266WiFi 芯 片 連 接 微 控 器 的 USA T2 同 時(shí) ESP8266 芯片連接家庭的網(wǎng)絡(luò)路由器 再通過路由器 建立起本地?cái)?shù)據(jù)與上位機(jī)軟件數(shù)據(jù)的交互 接口電路 如圖 7 所示 圖 7 WiFi 接口電路 Fig 7 WiFi interface circuit 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 3 1 環(huán)境控制策略 要完成對(duì)氣候箱內(nèi)水培環(huán)境各參數(shù)的監(jiān)測(cè)和自 97 2022 年 6 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 6 期 動(dòng)調(diào)控 基于 STM32 的控制電路 設(shè)計(jì)了系統(tǒng)控制流 程以及各模塊控制子程序 如圖 8 所示 圖 8 系統(tǒng)控制流程 Fig 8 System control flow 各傳感器采集環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)并傳輸給主控系統(tǒng) 判斷各個(gè)參數(shù)是否超過預(yù)設(shè)的參數(shù)閾值 當(dāng)檢測(cè)指 標(biāo)超出閾值時(shí) 系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控 其中 溫濕度傳感器檢測(cè)到環(huán)境溫度低于 18 時(shí)啟動(dòng)加熱 片 溫度高于 25 時(shí)啟動(dòng)加濕器和電風(fēng)扇降溫 濕度 值低于 75 H 時(shí)加濕器工作 濕度值高于 85 H 時(shí)啟動(dòng)電風(fēng)扇通風(fēng) 光照傳感器檢測(cè)到環(huán)境光照強(qiáng)度 低于 18000lx 時(shí) 啟動(dòng)植物生長(zhǎng)燈進(jìn)行補(bǔ)光 營養(yǎng)液 DO 值小于 7 0mg L 時(shí) 啟動(dòng)增氧泵補(bǔ)充氧氣 營養(yǎng)液 EC 值或 pH 值不正常時(shí) 更換儲(chǔ)液箱中的備用營養(yǎng) 液 循環(huán)泵每隔 24h 工作 60min 完成營養(yǎng)液循環(huán) 在調(diào)控過程中 環(huán)境參數(shù)恢復(fù)至初始閾值的中值時(shí) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)停止工作 按鍵掃描程序中 設(shè)置 Key1 為設(shè)置鍵 根據(jù)按鍵 次數(shù)分別對(duì)應(yīng) 7 種模式 模式功能如表 3 所示 當(dāng)按 下 Key1 的次數(shù)大于等于 7 時(shí) 次數(shù)計(jì)數(shù)變?yōu)?0 返回 按鍵模式 0 Key2 對(duì)應(yīng)增大鍵 使相應(yīng)閾值增大 Key3 對(duì)應(yīng)減少鍵 使相應(yīng)閾值減少 3 2 串口通信設(shè)計(jì) 微型人工氣候箱內(nèi)包含多種傳感器 需要控制多 種不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)調(diào)控環(huán)境參數(shù) 由于控制信 息復(fù)雜多樣 為保證系統(tǒng)能夠高效完成數(shù)據(jù)傳輸 實(shí) 現(xiàn)參數(shù)設(shè)置 控制驅(qū)動(dòng)等多種功能 設(shè)計(jì)了串口通訊 流程 如圖 9 所示 當(dāng)串口接收以 0 xff 0 xff 結(jié)尾的數(shù) 據(jù)時(shí) 將標(biāo)識(shí)前的數(shù)據(jù)作為動(dòng)作處理 將標(biāo)志位 data flag 置 1 當(dāng)串口接收以 0 xff 0 xfe 結(jié)尾的數(shù)據(jù)時(shí) 標(biāo)識(shí) 前的數(shù)據(jù)應(yīng)被當(dāng)做命令處理 命令標(biāo)志位 command flag 置 1 表 3 按鍵模式對(duì)應(yīng)功能 Table 3 Corresponding function of key mode 編號(hào) 模式 功能 1 0 顯示當(dāng)前空氣溫濕度 光照強(qiáng)度 2 1 溫度上限閾值可改變 3 2 溫度下限閾值可改變 4 3 濕度上限閾值可改變 5 4 濕度下限閾值可改變 6 5 光照強(qiáng)度上限閾值可改變 7 6 光照強(qiáng)度下限閾值可改變 圖 9 串口通信流程 Fig 9 Serial communication process 3 3 上位機(jī)界面設(shè)計(jì) 傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過 WiFi 模塊實(shí)時(shí)傳輸?shù)?上位機(jī)的 7 寸液晶顯示屏 顯示界面采用 LabVIEW 軟 件開發(fā) 用戶可直觀查看各環(huán)境參數(shù) 圖 10 所示的 主顯示界面可顯示氣候箱內(nèi)的光照強(qiáng)度 營養(yǎng)液的 pH 值 EC 值 DO 值 營養(yǎng)液中的鈣離子 鉀離子和硝 酸根離子濃度值 以及 3 種養(yǎng)分離子的濃度變化曲 線 用戶滑動(dòng)屏幕切換到如圖 11 所示的第 2 顯示界 面 可查看實(shí)時(shí)溫濕度值及其變化曲線 4 系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)試 將定植期內(nèi)的生菜幼苗移栽至微型人工氣候箱 08 2022 年 6 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 6 期 內(nèi)模擬生菜種植環(huán)境 利用水培環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的 LCD 屏 按鍵模塊 設(shè)置初始環(huán)境參數(shù)的閾值 人工改變環(huán) 境條件 觀察系統(tǒng)是否能夠完成對(duì)環(huán)境的自動(dòng)調(diào)控 系統(tǒng)啟動(dòng) 1min 后 手動(dòng)打開加熱片 由于設(shè)計(jì) 的人工氣候箱體積較小 在環(huán)境溫度升高的同時(shí)濕度 值也會(huì)有相應(yīng)變化 以此觀察系統(tǒng)對(duì)環(huán)境溫濕度的調(diào) 控情況 如圖 12 和圖 13 所示 由圖 12 和圖 13 可以 看出 系統(tǒng)初始環(huán)境溫度 22 左右 啟動(dòng)加熱片約 4min 后 溫度上升至 25 環(huán)境溫度超出閾值上限 25 時(shí) 系統(tǒng)啟動(dòng)加濕器和電風(fēng)扇 約在 7min 后系統(tǒng) 溫度下降到 22 5 附近 環(huán)境濕度值下降至 75 H 以下后 加濕器工作 約在 6min 后將環(huán)境濕度恢復(fù)到 80 H 左右 圖 10 系統(tǒng)運(yùn)行主界面 Fig 10 Main interface of system operation 圖 11 系統(tǒng)運(yùn)行第 2 界面 Fig 11 The second interface of system operation 圖 12 系統(tǒng)測(cè)試中溫度變化曲線 Fig 12 Temperature curve during system test 整體測(cè)試結(jié)果表明 營養(yǎng)液補(bǔ)氧 循環(huán)和更換機(jī) 構(gòu)均正常工作 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定 環(huán)境條件超出設(shè)置的 參數(shù)閾值時(shí) 相關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可在 30s 內(nèi)響應(yīng)工作 并在 15min 內(nèi)將各環(huán)境參數(shù)調(diào)控至設(shè)定閾值范圍內(nèi) 營養(yǎng) 液循環(huán)裝置可在 15min 內(nèi)完成 1 次循環(huán) 養(yǎng)分離子濃 度動(dòng)態(tài)檢測(cè)穩(wěn)定完整 圖 13 系統(tǒng)測(cè)試中濕度變化曲線 Fig 13 Humidity curve during system test 5 結(jié)論 設(shè)計(jì)了一種微型人工氣候箱水培環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng) 可用于自給自足式的家庭園藝或餐廳種植 系統(tǒng)基 于 STM32F103ZET6 控制器 可實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的溫濕度 光照強(qiáng)度 通風(fēng)情況的調(diào)控以及營養(yǎng)液定時(shí)循環(huán) 上 位機(jī)界面可顯示各環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)值以及營養(yǎng) 液中 K Ca 2 NO 3 離子濃度的動(dòng)態(tài)變化 運(yùn)行試驗(yàn) 表明 系統(tǒng)穩(wěn)定可靠 可持續(xù)為作物生長(zhǎng)提供適宜的 環(huán)境條件 同時(shí)營養(yǎng)液養(yǎng)分離子濃度的動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù) 將為后續(xù)研究作物養(yǎng)分吸收規(guī)律及養(yǎng)分動(dòng)態(tài)管理提 供基礎(chǔ) 參考文獻(xiàn) 1 趙根 陳麗萍 韓明麗 等 淺談城市微農(nóng)業(yè)的功能和意義 J 天津農(nóng)業(yè)科學(xué) 2014 20 7 123 126 2 黃婧 肖艷春 陳彪 城市家庭立體微農(nóng)業(yè)模式的初探 J 安徽農(nóng)學(xué)通報(bào) 2014 20 20 61 62 3 秦四春 辜松 王躍文 歐洲水培葉菜機(jī)械規(guī)?；a(chǎn)系 統(tǒng) J 農(nóng)機(jī)化研究 2017 39 12 264 268 4 張?zhí)熘?李志娟 鮑仁蕾 等 陽臺(tái)菜園關(guān)鍵栽培技術(shù) J 中國蔬菜 2013 21 47 49 5 王春彥 羅榮園 錢金山 等 家庭水培葉用萵苣模式研究 J 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2010 1 160 162 6 余錫壽 劉躍萍 微型植物工廠發(fā)展分析與展望 J 農(nóng)業(yè) 展望 2016 12 7 59 61 7 梁寶忠 我國首例家庭版植物工廠誕生 J 農(nóng)業(yè)開發(fā)與 18 2022 年 6 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 6 期 裝備 2010 12 43 8 劉彤 賀宏偉 李堯 等 基于 Android 平臺(tái)的家庭植物工 廠智能監(jiān)控系統(tǒng) J 農(nóng)機(jī)化研究 2015 37 4 197 202 9 艾海波 魏晉宏 邱權(quán) 等 微型植物工廠智能控制系統(tǒng) J 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2013 44 S2 198 204 10 左志宇 卓敏敏 毛罕平 等 基于 STM32F407 微型植物 工廠智能控制系統(tǒng)研制 J 農(nóng)機(jī)化 研 究 2019 41 10 213 218 248 11 左志宇 譚潔 毛罕平 等 基于物聯(lián)網(wǎng)的微型植物工廠 智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) J 農(nóng)機(jī)化研究 2019 41 11 74 79 12 涂俊亮 邱權(quán) 秦琳琳 等 微型植物工廠內(nèi)部環(huán)境調(diào)控 試驗(yàn)平臺(tái)研制及試驗(yàn) J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2015 31 2 184 190 13 趙倩 王琨琦 聶銘君 等 集裝箱植物工廠自動(dòng)控制系 統(tǒng)建立 J 農(nóng)機(jī)化研究 2016 38 10 217 222 14 滕巍 馬藝蕎 馬燕 等 植物工廠水培生菜的栽培環(huán)境 研究進(jìn)展 J 黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué) 2018 5 156 158 15 滕星 高星愛 姚麗影 等 植物工廠水培生菜技術(shù)研究 進(jìn)展 J 東北農(nóng)業(yè)科學(xué) 2017 42 1 40 45 Design of Environmental Monitoring System for Mini Hydroponic Artificial Climate Chamber Zhang Xinyu 1 Xiao Yumeng 1 Meng Zejiang 1 Shi Yinggang 1 3 Cui Yongjie 1 2 3 1 College of Mechanical and Electronic Engineering Northwest A F University Yangling 712100 China 2 Shaanxi Key Laboratory of Agricultural Information Perception and Intelligent Service Yangling 712100 China 3 Key Laboratory of Agricultural Internet of Things Ministry of Agriculture and ural Affairs Yangling 712100 China Abstract Hydroponics mode is very popular in greenhouse leafy vegetable cultivation According to its requirements for different growth parameters of light intensity environmental temperature and humidity and nutrient solution a miniature artificial climate box hydroponic environment monitoring system is designed which can be used for home gardening Or restaurant farm The system is based on the STM32 controller which mainly includes an external environment detection module an external environment adjustment module a nutrient solution detection module a nutrient solution adjustment module an LCD display module and an upper computer display interface It can monitor the light intensity temperature and humidity in the miniature artificial climate chamber in real time as well as the pH value EC value DO value and main nutrient ion concentration of the nutrient solution The relevant actuator works and can automatically adjust various environmental parameters to standard values The interface displays the changes of various environmental parameters The system operation test results show that the system can quickly adjust various environmental parameters required for crop growth and provide stable and reliable environmental conditions for crop growth At the same time monitoring the chan ges in the concentration of the main nutrient segregants obtained will be a follow up study of crop growth nutrients The law of absorption provides a basis Key words mini artificial climate box hydroponic environment real time monitoring automatic Adjustment 28 2022 年 6 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 6 期