蔬菜大棚温湿度智能控制系统设计

专业知识

安徽农业科学，ora o n u A, c.0 9。7 1:18— 19 9 8 Junl f h i g .Si20 3 (9l9 3 9 3,15 A i

责任编辑

李菲菲

责任校对

汪伟

蔬菜大棚温湿度智能控制系统设计梁万用，凯 (郑轻业院气息程院河郑 5o2南郑市力技展限司河郑 40 ) 王 1州工学电信工学，南州4o;河省州光科发有公，南州 50 . o2. o1摘要针对目前蔬菜大棚人工控制的不足，设计了蔬菜大棚温湿度智能控制系统。采用模糊控制理论， PD参数进行实时校正，系对 I使 统控制性能处于最优控制状态，实现对蔬菜大棚温湿度的精确控制。试验和实际运行表明，系统运行可靠，该自动化程度高，有利于蔬菜大棚的智能化和统一化管理。 关键词蔬菜大棚；能控制；I模糊控制智 PD;中图分类号 T 2 3 P 7文献标识码 A 文章编号 0 1— 6 1 2 O )9— 9 3— 2 5 7 6 1 (O 9 1 0 18 0De in ntl g ntTe p r t r n Hu i iy Co t o se o g tbl e n u e sg ofI el e m e a u e a d m dt n r lSy tm f rVe ea e Gr e ho s i

L ANG ny n t l ( c olo l tct n nomainE gn e n f h n zo nv r t o ih n ut,Z e ghu,Hea I Wa -o ge a S ho fEe r i a dIfr t n ier go e gh uU iesy f g t d s y h n zo ci y o i Z i L I r nn400 5 0 2)’ ‘、Absr c Ai f tt es oto n n a o to fv g tbe ge n u ea rs n,te itlie ttmp rt r n umii o to ta t mig a h h rc mi go ma u lc nrlo e ea l r e ho s tp ee t h nelg n e e au ea d h i f dt c n rl y sse wa eine o e ea l re h u e Usn h u z o t lte r y tm s d sg d frv g tbe ge n o s . ig te f zy c nr h oy,t e ra—i o rc o s c r e n P D’ aa tr o o h e l

t me c re t n wa ar d o I S p r mee t i i s ma e te sse c nrlc p bit n temo te c l n tt .Th c u ae c nrlo mp rtr n u dt rv g tbe ge n u e wa k ytm o o a a l i s x el tsae h t i y h e ea c r t o to ft e eau ea d h miiyf e ea l r e ho s s o raie . T er s l fr n ig a d e p rme tidc td ta e sse wa eibe,wi ih a tmain d ge .I sprpto st e ta— e l d h e ut o u nn n x e i n n iae tt y tm srla l z s h h h g t h【 uo t e e ti o i u o c nrl o r iie n ntle t l e n g me t z d a d i elcuai d ma a e n . z Ke r s Ve ea l e n o s y wo d g t e g e h u e;I tl g n o t l I;F zy c nr l b r nel e c nr;P D i t o u z o to

随着我国国民经济的发展，民生活水平日益提高，人冬季大棚蔬菜市场日渐扩大，尤其是北方地区在寒冷的冬季，

图 1示，所主要包括传感器电路、码管显示、盘电路、数键报警电路、i e无线收发模块、S Zg e b IP在系统编程电路及串口通

仅靠南菜北调长途运输，不仅成本高，且延误了蔬菜的最而佳食用期。所以依靠农业科技，力推广塑料大棚种植蔬大菜，是蔬菜种植的一个必然发展趋势。现在大多数农民还是沿用人工值守的方法来看管蔬菜大棚，浪费了大量的人力

信几个部分。

物力，且蔬菜大棚的温湿度控制并不理想，往因为温湿而往度控制不当造成作物的减产，而给菜农带来了极大的损从失。基于此，笔者介绍了一种蔬菜大棚智能监控系统，系该统采用模糊 PD控制算法对温湿度进行控制， I实现了对大棚

温湿度的智能控制，了大棚蔬菜成长的环境。保证1系统设计功能 1 1蔬菜大棚特点及监控要求分析 .塑料大棚种植蔬菜是反季节种植，外界环境的变化与正常蔬菜生长发育所处自然环境的变化相反；

时，同塑料大棚本身调节环境因素的能力有限，然导致蔬菜生长发育与环境因素以及大棚内环境因必素之间的矛盾难以调和，给生产带来诸多问题。塑料大棚环图 1系统结构F g 1 Th y t m t t te i . e s se s rl r ￣l

境的主要特点是：①塑料大棚的半封闭式结构不利于人工检测棚内各个点的温湿度。②塑料大棚的半封闭式结构决定

该系统通过多点温湿度传感器 (多可接 8路温度和湿最度传感器 )集大棚内各个位置的温度和湿度，采采集的实时温湿度通过 4位数码管显示，以便菜农了解大棚内环境情况，同时系统根据温湿度的变化情况经模糊 PD控制算法决 I定是否进行加热或开启风门。通过键盘电路可以设置不同的温湿度参数 (以进行分段设置，可比如白天 2℃晚上 5

了棚内湿度大，湿度过大极易导致病虫害发生。③棚内环境多变、复杂，照不足、光温度低，同时还存在温差过大等问题，

温度过高过低或温差大都不利于蔬菜生长。④蔬菜大棚在温湿度控制上属于复杂的非线性，延迟系统，单的控制大简算法无法达到理想效果。 由以上特点得出，菜大棚监控系统必须对温湿度能检蔬测控制并显示给菜农，由于大棚的系统特点，统的控制算传法不能满足对温湿度的控制要求，笔者改进了传统控制因此算法，采用传统 lD与模糊控制相结合的方法构建了蔬菜大 a i棚温湿度智能控制系统。 12系统结构及主要功能 .作者简介收稿日期

2或查看各个点的温湿度。当采集来的环境参数值超 0o C)过设定的上下限值时，电路进行报警提示农业人员可以报警随时查询采集值和报警信息。该系统也预留了与 zbe i e无 g线收发模块的接口电路，过无线网络以便对分散的多个蔬通菜大棚进行统一化管理，同时也支持在系统编程 ( P,便 I )方 S系统升级。

蔬菜大棚智能监控系统结构如

2系统硬件电路设计

21主要元件选择 .梁万用( 9 8一)男，南泌阳人，士，师， 17,河硕讲从事测试计量技术及仪器方面的研究。 20 -32 0 90 -7

温度传感器选择了美国 D L A公司 ALS

生产的 D IB0单总线智能温度传感器。它单总线接口， S8 2

仅需一个端口进行通信；需转换电路直接输出被测温度，无测

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3 7卷 1 9期

粱万用等

蔬菜大棚温温度智能控制系统设计

温范围一 5 5一+ 2℃; 15可编程的分辨率为 9 1;一 0~ 2位在 1~

和系统外设检测等；盘模块主要完成键盘扫描、键系统设置和工艺设置等；的工艺设置是指，这里根据蔬菜的生长需要，不同的时间设置不同的温湿度值。主程序流程如图 4所示。

+ 5℃范围内，度为± ., 8精 0 5℃完全可以满足蔬菜大棚湿度传感器选择了国产￥ 0 H 3 2 2湿度传感器，它采用模

的温度要求。

块化设计，度可达到 3 H,定性好，靠性好，电精%R稳可线性压输出。

微处理器选择了 S C 2 5 1A该器件具有在系统/ T 1C 66 D,应用编程 (A, P功能， IPI ) S可实现在线升级；增强型 85 0 1内核， 1时钟/个机器周期，速度相当于普通型 8 5 0 1的 8—1。 2倍

内部 1 KF A H程序存储器； K掉电不丢失数据存储器， 6 L S 4 该存储器可以用来存储温湿度设置参数； 8路 1有 O位 A D,用于湿度传感器采集。 2 2控制输出电路设计 .该系统温度控制设计了两种方图 4主程序流程i . F g 4 Th l w fma n p o r m ef o 0 i r g a

案：一种是通过可控硅控制电加热(可接解热灯加热丝 )一；种作为备用方案是火加热，步进电机控制火门的开度来通过调节大棚内温度。可控硅和步进电机驱动电路分别如图 2 和图 3所示。湿度控制是通过步进电机控制风门实现的，驱动电路如图 2所示。 23抗干扰处理 .该系统对于干扰问题分别在硬件和软件两方面进行了考虑。硬件上主要进行了以下几个方面的

32控制算法程序控制算法程序主要完成三方面功能： .