蔬菜温室大棚智能控制系统的设计

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摘 要：本文是蔬菜温室大棚智能控制系统的设计，文章主要从系统的总体设计、硬件设计、软件设计几个方面详细的论述系统的实现。此控制系统的主要控制对象是蔬菜温室大棚内的各项环境因素指标，通过将这些环境因素指标汇集到一起再进行分析，得出实时的环境监测结果，再通过手动或自动的方式进行环境的调整，以此达到为农作物提供一个最佳生长环境的目的。

关键词：蔬菜温室大棚；智能系统；设计

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 16-0000-01

近些年，计算机技术与控制技术的发展推动了控制管理系统在各个行业中的应用。在农业技术日新月异的今天，以计算机技术与控制技术为基础的控制管理系统也应运而生，其最具有代表性的就是蔬菜温室大棚智能控制系统。鉴于我国经济发展以来，蔬菜在农业产业中的经济效益显著提升，作为人们生活必需品的来讲，如何在有限的空间中提升它的数量，在数量增加的情况下，还保证其质量不发生变化，这是很多农业科学家探讨的课。蔬菜温室大棚控制系统就是为了实现这一目标而设计的。这也是计算机技术与控制技术在农业生产中的重要应用，也是我国农业走科学发展道路的有效途径。

一、蔬菜温室大棚智能控制系统的总体设计

蔬菜温室大棚的环境系统控制主要通过环境参数的实时采集来实现，环境的主要参数主要有温湿度传感器，用于测定农作物生长的环境温湿度，光线强度传感器用于测定农作物生长环境的光线强度，而CO2则用于测定农作物生长环境空气中CO2浓度，系统将这些环境参数收集到一起，再由监控平台对这些数据进行计算与分析，系统根据数据的计算与分析结果控制命令的执行，以此实现温室大棚环境的调节。

（一）总体设计方案

本系统选定的被控制量为温室大棚内有温度、湿度、光照强度以及CO2浓度，以温湿度的控制为主；主要控制手段为加热、加湿、遮阳网、天窗/侧窗及风机等。整个蔬菜温室大棚的控制系统主要由DSP监控平台、数据汇集点点、无线传感器节点和执行机构五部分组成。调节方式分为手动调节与自动调节两种类型。手动调节主要通过手动来进行执行机构的动作，而自动控制模式则需要系统给执行机构发出命令自动进行温室大棚内环境参数的调整。

（二）ZigBee模块的选型及电路实现

为了满足ZigBee模块的要求，可以选取CC2430芯片，它可以用来嵌入ZigBee技术无线传输的片上系统，并且满足系统低成本、低功耗的要求。基于ZigBee技术的无线传输模块的电路实现主要进行CC2430SoC电路原理设计，其与传感器接口的电路设计，节点系统时钟与存储电路的设计、节点系统供电电路设计、充电电路的设计、节点CC2430的插座及复位电路的设计以及数据汇集节点JYAG接口电路的设计等。

（三）DSP监控平台的设计

蔬菜温室大棚的智能控制系统的核心就是DSP监控平台，它主要由五部分组成，即主控芯片DSP，串口模块、液晶显示模块、键盘输入模块、电路。温室大棚中的环境参数被采集之后，监控平台要对这些被采集的数据进行处理与分析，采用适宜的算法，完成数据的分析汇总，并发生控制命令。本系统的控制平台的主控芯片选择了DSPTMS320VC5509，此芯片具有数据处理速度快，程序执行效率高以及功耗小等特点。选定芯片之后，还要进行DSP电源模块电路设计，DSP串口电路设计、液晶显示及键盘输入电路的设计、程序加载模块电路的设计等。

二、蔬菜温室大棚智能控制系统的软件设计

蔬菜温室大棚智能控制系统的软件是实现智能控制功能的前提。软件设计主要包括ZigBee节点程序设计、无线传感器节点设计等。

（一）ZigBee节点程序设计

本系统软件开发平台为TI，使用8051C/C++编译器对其进行开发，并且是在Z-Stack中的SampleAp工程基础上进行的各个模块程序的设计与实现的。此软件开发平台的优点在于无需再次实现ZigBee协议栈，应用用户层主要完成节点程序的设计就可以了。在此系统中，数据采集节点与数据汇聚节点共同组成了ZigBee节点的硬件部分，因此，在进行应用程序的设计时，也要分别进行设计实现。

（二）无线传感器节点设计

无线传感器节点主要用来采集温室大棚内的环境数据，如温度、湿度、光线强度及CO2浓度等数据采集出来，将通过数据汇集节点将这些数据传送到DSP控制平台上。本系统要求数据采集要定时进行，这就需要定义一个周期性扫描函数来实现。除了要对无线传感节点进行设计外，还要对ZigBee汇聚节点的软件进行设计，还有低功耗程序设计。

（三）DSP监控平台设计

DSP监控平台设计主要包括DSP主程序设计、模糊控制程序设计、液晶显示与键盘输入程序设计、DSP串口程序设计以及自动加载程序设计。DBP主程序设计首先要进行程序的初始化，然后通过启动串口中断来进行数据的采集，数据采集的时间可以手动设定，默认时间为10分钟。数据采集完成后，各个子节点的数据被整合到一起，得出数据汇总与分析结果，对结果进行完模糊化处理后可以将控制结果输出来。

三、系统测试

为了了解系统是否具有稳定性与安全可靠性，在系统设计实现后对系统的各项性能进行了测试。系统测试分五步来实施。

（1）将温度与湿度传感器模块的子节点放置距离电暖气与空气加湿气10米的距离，将此时的室内温湿度进行测量并记录下来。

（2）将电暖气与空气加湿器分开2.5米的距离分开放置，并将温湿度传感器模块均匀的放置二者之间。

（3）每10分钟进行一次数据采集，取10次检测结果的平均值，作为最终数据采集结果。

（4）对采集结果进行模糊处理，并将此输出结果从液晶显示器显示出来。

（5）针对液晶显示器的结果，再对系统的执行机构进行手动设置。以达到农作物的最佳生产环境。

四、结语

此系统在农业生产方面的运用可以通过控制农作物生长条件环境的手段提升农作物的产量与质量。虽然系统的稳定性与可靠性已经得到了验证，但是其仍然需要继续改进的方面。例如，系统的远程控制还没有实现，电路硬件方面，数据采集节点与汇聚节点的可靠性与抗干扰性应进一步加强，应进一步降低传感器的功耗，还要继续降低系统成本，以便其在农业生产中得到广泛的应用。

参考文献：

[1]邹承俊.物联网技术在蔬菜温室大棚生产中的应用[J].物联网技术，2013（8）.

[2]张素玲.基于单片机的蔬菜大棚温湿度控制系统的研究[J].计算机光盘软件与应用，2013（14）.

[3]山秀坤.阴阳棚成设施农业新亮点[J].农业知识：瓜果菜，2013（8）.