智能大棚监测控制系统设计

王丽丽 韩学尧 王然升

摘要：本文主要介绍以IAP15F2K61S2单片机为核心，以温度、湿度等传感器为主要外围元件的大棚自动监测控制系统。详细的介绍了系统的设计方案、设计原理和特点等问题。该系统可以实现对大棚的温湿度、光照度、土壤湿度和CO2浓度等参数的实时监测，并由单片机进行实时控制，从而使蔬菜生长环境实现自动控制，节省了人力，提高了控制质量产生了良好的经济效益，不仅具有广阔的市场前景，而且具有巨大的社会效益。

关键词：智能大棚；单片机；监测控制

一、概述

近年来，移动通信技术已经实现了全国联网和漫游，且网络覆盖范围大、性能稳定。本设计是基于现有GSM短信息功能的大棚自动控制系统，充分利用现有网络，无需单独组网，运行安全稳定。

智能温室是近几年逐步发展起来的一种资源节约型高效设施农业技术，它是在普通日光温室的基础上，结合现代化计算机技术、智能传感技术等高科技手段发展起来的，是集农业科技上的高、精、尖和计算机自动控制技术于一体的先进农业生产设施，是现代化农业科技向产业转化的物质基础。伴随着GSM网络发展，智能大棚监测控制系统已经开始广泛应用于温室大棚智能化管理中。

二、智能大棚监测控制系统设计原理

本系统是利用IAP15F2K61S2单片机把传感器采集的有关参数转换为数字信号，并把这些数据暂存起来，与给定值进行比较，经一定的控制算法后，给出相应的控制信号进行控制。系统还可以经过串行通信接口将数据传送至上位机，从而完成数据管理、智能决策、历史资料统计分析等更为强大的功能，并可以对数据进行显示、编辑、存储及输出。

环境检测由AM2301数字式温湿度传感器、MQ-2烟雾传感器和YL-38光强传感器等组成，分别检测温室大棚的空气温湿度、烟雾浓度、光照度。通过这些外围传感器进行数据采集，并将采集到的数据显示在液晶12864上，当检测到用户的状态请求时，主控通过GSM模块将信息发送到用户手机上。在待机状态下，主控不断监测键盘或GSM的控制指令，根据不同的指令控制相应的继电器，控制通风、喷灌和加热等装置。

三、智能大棚监测控制系统设计方案

（1）空气温度测量。温度传感器的种类多，选择余地大，本系统采用AM2301数字温湿度传感器。AM2301是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，能够确保产品具有极高的可靠性与卓越的稳定性。在系统中，AM2301将数据直接送入IAP15F2K61S2，通过单片机内部的10位A/D采集信号，设置为第1路信号，精确到0.5℃，可满足应用要求。

（2）空气湿度测量。采用AM2301的湿度测量模块，调理后，送入主控芯片，设置为第2路信号。由于AM2301有0.70%RH的温度系数，在信号调理电路中进行了温度补偿，在35%～85%RH范围内可精确到2%RH。

（3）土壤湿度。土壤水分传感器采用不锈钢管和一段钢丝制成，长20cm，不锈钢管和钢丝之间留1cm的距离并保持平行放置，将二者用绝缘材料固定。通过测量不锈钢管和钢丝之间的电阻来测量土壤水分，采用电阻桥和运算放大器OP07调到0～5V的范围，再经过模数转换器送入单片机。

（4）烟雾测量。采用烟雾传感器，通过电位器设定烟雾指标补偿，然后送入单片机的I/O，经滤波处理后，判断是否达到设定阈值，实现报警。

（5）通信模块。采用TC35i通讯模块，充分利用现有网络，无需单独组网，运行安全稳定，结构简单、运行灵活、经济可靠。而且可以实现远程控制（跨省、跨区域）。另外，还采用ZigBee模块用于实现上位机与大棚之间的通讯，节省成本，操作简单。

（6）控制功能及实现。在本系统中，主机通过接受键盘或GSM的控制信号来控制相应的继电器驱动电路，由继电器来控制通风、喷灌、加热和卷帘等装置。本系统能够实时采集温室内的空气温湿度、土壤湿度、光照强度、二氧化碳浓度等环境参数，通过12864液晶进行数据显示。当环境参数超过设定值时，系统会自动报警，并把参数信息发送到用户手机，寻求处理方案。而且用户还可以通过按键来现场控制。例如控制卷帘电机、鼓风电机、水泵等机械设备的运转，以维护大棚的正常运行。在用户的请求下还可以通过GSM模块以短信的形式将大棚的环境参数发送到用户手机，以实现对大棚的远程监测。在待机模式下，用户也可用手机远距离控制大棚中各种机械设备的工作，以实现远程控制。系统全景图如图1所示。

四、结语

本设计为闭环控制系统，由IAP15F2K 61S2单片机、A/D转换电路、温度检测电路，湿度检测电路、控制系统组成。温度检测电路将检测到的温度转换成电压，该模拟电压经A/D转换后，进入IAP15F2K61S2单片机，单片机通过比较该温度与设定温度来控制风扇或加热装置驱动电路，当大棚内温度在设定范围内时，单片机不对风扇或加热装置发出指令。实现了对大棚里植物生长温度及土壤和空气湿度的监测控制，并能对超过正常温度、湿度范围的状况进行实时处理，使大棚环境得到了良好的控制。

【参考文献】

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