智能温室大棚系统设计研究

智能温室大棚系统设计研究

巨继龙

兰州新区农业科技开发有限责任公司 甘肃 730300

摘要：本文从基本概念和主要结构两个方面分析了智能温室大棚，并且从调节光照强度、调节二氧化碳浓度、调节温度和湿度三个方面分析了智能温室大棚的基本功能，最后从系统硬件设计、系统软件设计和智能温室大棚的调试三个方面分析了智能温室大棚中的设计要点，希望能为相关工作人员提供一定的参考。

关键词：智能温室大棚；系统设计；自动检测控制

前言：科技的发展会对人力的生活方式和生产方式产生变革性的作用。由于自然环境的变化会对粮食的收成产生极大的影响，并且蔬果一类的作为也会受到自然季节的影响而发生价格变化。所以可以利用智能温室大棚来改变植物种植的频率，以此来增加植物种植者的经济收益，为消费者提供更多品种。

1智能温室大棚的概述

1.1智能温室大棚的基本概念

温室大棚是一种密集型和技术型的农业种植方式，这种种植方式受自然环境的影响相对较小，并且能够通过人工干预的方式来为大棚内部创造出适宜植物生长的自然环境。这种做法在一方面能够提高植物种植效率和植物产量，以此来为农民提供更多的经济收入。另一方面也可以丰富当季蔬果品种，带来味觉方面的享受。由于反季节种植对大棚温度和环境湿度要求较高，所以需要采用智能温室大棚系统来进行控制。

1.2智能温室大棚的主要结构

如上文中所述，在智能温室大棚中，可以通过调节大棚内温度和湿度的方式来促进植物稳产高产。所以在智能大棚的内部需要在包含基础设施之外，还需要存在能够控制温度以及湿度的软件系统。基础设施所指的是植物生长所需要的基本装置，如种植槽和灌溉管等。只有提前搭建好温室大棚的基础设施框架，才能够进行下一步的智能化系统安装。智能化的系统需要包括能调节温度和湿度的通风空调，以及照明系统、二氧化碳喷嘴、加湿系统、加药施肥装置等。

2智能温室大棚的基本功能

2.1调节光照强度

在植物生长的过程中，温室大棚需要主要肩负着调节光照、温度、湿度和二氧化碳浓度的作用，以此来让农作物能够在适宜的环境下生长。大棚中安装的光照传感器能够感受到周围的光照，并且根据光照的强弱做出反应。如当传感器接收到的光照偏强的时候，就说明大棚内的光照强度过高，需要调节。智能大棚就可以对此来做出反应，打开遮光帘^[1]。当光照传感器感受到的光照偏小时，就会降低遮光帘的高度并且提高灯光亮度，让室内获得充足的光照。

2.2调节二氧化碳浓度

二氧化碳的浓度是一项能够影响植物光合作用速度的重要因素，植物内部碳元素的积累量也会一定程度上对植物本身的品质造成影响，所以需要通过传感器对室内的二氧化碳浓度进行监管。当传感器发现室内二氧化碳浓度过高，不利于植物生长的时候便可以通过智能化大棚系统开启系统排风扇，把多余的二氧化碳从室内排向室外，当室内二氧化碳浓度过低的时候，就会自动开启二氧化碳喷嘴，提升室内二氧化碳浓度。

2.3调节温度和湿度

高温会导致植物出现脱水的情况，而低温又会降低植物活性。所以保障植物在合适的温度下生长是十分重要的。工作人员可以采取开启温度传感器的方式来控制智能大棚内部的温度。水分也是影响植物生长状态的一项重要因素，当室内湿度传感器察觉到湿度过大的时候，便可以开启排风扇，并且根据湿度超标的情况来控制排风扇转速，避免植物根系发生腐烂。当室内的湿度传感器显示湿度过低的时候，便可以开启加湿器，保障植物能够吸收到足够的水分。

3智能温室大棚中的设计要点

3.1系统硬件设计

3.1.1主控单元模块

本系统在设计的时候主要采用STC89C51主控单元芯片。这种芯片的功耗较低并且性能较高，并且内置4KB EEPROM,MAX810复位电路，三个16位定时器和一个6向量2级中断结构。为了能够确保这个主控单元模块能够顺利运行，满足工作人员的需求，就需要做好复位电路的设计。复位电路的首要功能是上电复位，为了能够更进一步地确保复位电路安全性，本设计中采取了手动按钮复位的方式，工作人员在进行复位操作的时候需要保持按钮接通时间大于一秒。

3.1.2监测采集模块

检测采集模块主要负责监控和采集智能温室中的温度状况、湿度状况和光照状况，并且将采集的数据传输至中央系统，再让中央系统根据软件中的智能化操作方式进行选择，调节室内的温度、湿度、光照和二氧化碳的浓度。本文中所采用的温度湿度传感器是一种复合型的传感器，并且该传感器具有已校准数字信号运输的，灵敏度较高的传感器，比较能够满足湿度温度监视的作用。所采用的土壤湿度采集电路则利用了湿敏电阻的转换源流，而光照采集电路利用了光敏电阻的转换原理。

3.1.3显示模块

智能温室大棚中的显示模块主要负责显示室内的温度情况、湿度情况、光照情况和二氧化碳浓度情况。工作人员可以通过观察显示模块来更加直观地掌握室内的基本情况，并且结合室内情况和植物的生长需求来对温室大棚的环境进行手动调节。本设计中所采用的显示屏为1620液晶显示屏，这种显示屏由若干个5X7等点阵字符组成，并且能够起到显示字母、数字和符号的作用。由于本显示屏的灵敏性较高而较为清晰，已经得到了广泛的应用。

3.1.4控制执行模块

控制执行模块顾名思义，是在采集到室内的温度、湿度、光照以及二氧化碳浓度之后，需要根据智能大棚的输入来调节室内的环境的一种模块。该模块在设计的时候需要保障控制系统和被控制系统之间能够形成相互互动的关系，所以需要利用继电器这种电控制器件来进行操作。这种操作通常被应用于自动化的控制电路中，实际上属于一种利用电流量大小来进行控制的自动开关，即用大流量的电流来控制小流量的电流。在整个电路系统中，能够起到安全调节和保护的作用。

3.2系统软件设计

本系统内的软件主要包括数据处理、参数控制和数据库三个部分。首先，当传感器采集到数据之后可以直接把它发送给计算机，计算机模块会对该数据进行分析和处理，并且把数据内容和设定好的标准数据进行比较^[2]。比较之后，会把处理完毕的数据结果发送给执行模块。执行模块在接受到数据内容的时候会根据其结果来对智能温室大棚中的环境进行调整，确保大棚中的环境处于标准状态。在这个过程中，数据库会储存大棚工作中产生的数据。数据库需要进行定期更新。

3.3智能温室大棚的调试

智能温室大棚需要在完成系统软件和硬件的设计以及测试之后才能够投入使用，工作人员需要对系统中的软件部分以及硬件部分进行分别测试，并且需要确保其功能完备之后，再进行联合测试。以确保系统中的数据采集和数据处理模块是健全的。在完成测试之后，还需要对系统本身进行初始化测试和复位测试，以此来更进一步地确保系统能够长长使用。由于当智能温室大棚在运作的时候需要实时储存工作数据，所以要确保复位之后系统不归零。

结论：温室大棚的智能化工作方法和工作内容能为农民的生产带来极大的便利，也能够在一定程度上提高蔬菜和水果的质量。智能温室大棚能够通过调节温度和光照等条件把大棚内的环境控制在植物最宜生长区间，以此来让植物获得更好的生长环境。目前，智能温室大棚已经成为了我国种植业的必然发展趋向。

参考文献：

1. 林相春. 温室大棚智能控制系统的研究与设计[D].山东科技大学,2020

[2]王龙忠.浅谈智能温室大棚的系统设计[J].农业技术与装备,2020(03):32-33