大棚监控系统数据采集器的设计

摘要: 随着社会经济的快速增长，人民生活水平不断提高，资源短缺、环境恶化与人口剧增的矛盾越来越突出。传统农业大棚生产中，主要依靠人力、畜力和各种手工工具以及一些简单的机械动作，农业科技含量、装备水平相对滞后，浇水、灯光、施肥等控制全凭经验、靠感觉，导致农业大棚生产率低下、产量增长缓慢，从而阻碍了农业技术的进步以及生产工具的创新。据此，特设计了智能化农业大棚控制系统。

设计目标指在实现对农业大棚内的温度、适度、光照、二氧化碳浓度、土壤酸碱度等环境进行智能化的采集，并通过PC主机对大棚进行无人管理，达到节省资源、提高效率的目的。

该智能农业大棚主要包括:智能通风控制、智能补光、智能灌溉、大棚空气质量(CO2)自动调整等组成部分。

关键词：传感器 智能控制 无线通讯

1. 选题的目的及意义

中国农业的发展必须走现代化农业这条道路，随着国民经济的迅速增长，农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。现代化农业生产中的重要-环就是对农 业生产环境的些重要参数进行检测和控制。例如:空气的温度、湿度、土壤的含水率等。在农业种植问题中，温室环境与生物的生长、发育、能量交换密切相关，进行环境测控是实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证，通过对监测数据的分析，结合作物生长发育规律，控制环境条件，使作物达到优质、高产高效的栽培目的。以蔬菜大棚为代表的现代农业设施在现代化农业生产中发挥着巨大的作用。大棚内的温度、湿度与土壤的含水率等参数，直接关系到蔬菜和水果的生长。国外的温室设施已经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准，但是价格非常昂责，缺乏与我国气候特点相适应的测控软件。而当今大多数对大棚温度、湿度、土壤含水率的检测与控制都采用人工管理，这样不可避免的有测控精度低、劳动强度大及由于测控不及时等弊端，容易造成不可弥补的损失，结果不但大大增加了成本，浪费了人力资源，而且很难达到预期的效果。因此，为了实现高效农业生产的科学化并提高农业研究的准确性，推动我国农业的发展，必须大力发展农业设施与相应的农业工程，科学合理地调节大棚内温度、湿度以及土壤的含水率，使大棚内形成有利于蔬菜、水果生长的环境，是大棚蔬菜和水果早熟、优质高效益的重要环节。目前，随着蔬菜大棚的迅速增多，人们对其性能要求也越来越高，特别是为了提高生产效率，动大棚的自动化程度要求也越来越高。由于单片机及各种电子器件性价比的迅速提高，使得这种要求变为可能。当前农业温室大棚大多是中、小规模，要在大棚内引人自动化控制系统，改变全部人工管理的方式，就要考虑系统的成本，因此，针对这种状况，结合郊区农户的需要，设计了一套低成本的温湿度自动控制系统。该系统采用传感器技术和单片机相结合，由上位机和下位机构成

1. 课题的国内外研究现状

如今些发达国家已具备了相当成熟的智能大棚技术，早在1970年，国外开始采用模拟式仪表，收集、保存和分析了大棚内的若干环境参数，到1990年左右，计算机技术为核心的分布式控制系统开始崭露头角。如今国外的大棚自动控制系统的研究已经有了极大的进步和发展，一些发达国家正在朝着信息化、智能化、自动化的目标挺进。世界园艺强国荷兰的大棚控制技术一直处于世界领先水平， 堪称是欧美的典型代表，由于荷兰温差很小，其大棚内的温湿度等难题考量不多，从而侧重对于光照强度的采集和控制，荷兰的大棚的隔热技术、调节CO2技术和人工补光技术一直处在世界前列:以色列的现代温室大棚技术可通过计算机网络对自身环境参数进行自动检测及调节来完成植物自身对外界参数的不同要求，先进的滴管和微喷管系统进行灌溉和施肥，从而实现温室农作物常年高效生产:此外美国、加拿大等还利用人为增加光强度，由机器手或机器人进行移植栽培，选用计算机网络技术和无线通信技术进行温室的的远距离监测与控制，从而很大程度上提高了生产效率以及植物的产量，极大的提高了农业信息化水平。

1. 本课题研究的具体内容如下

智能大棚控制系统控制器上电，智能大棚控制系统控制器就开始工作，通过1号串口模块与CO₂传感器通讯来采集大棚内的CO₂浓度信息；通过I2C通讯模块与温湿度采集模块及光照强度采集模块通讯采集大棚内的温湿度、光照强度信息；通过SPI通讯模块将这些信息发送至TFT显示屏显示，再通过2号串口模块与433Mhz通讯模块通讯将采集到的信息发送至智能大棚控制系统集中器并接受集中器的控制信号来控制大棚内的阀、窗、灯、排气扇.

采用Dspic33ep32mc504数字信号控制器作为主控芯片、串口 通讯的CO2传感器、I2C通讯的光照模块、无线通讯模块实现数据传输，接收控制指令，实现大棚内设备的控制。学会使用protel99se或 Altium Designer完成原理图与印制电路板绘制。完成元器件焊接，并进行硬件调试、画出软件流程框图，并编写相关控制软件。