郝少華，張佳興，王松平.指導老師：王鋒
（重慶交通大學資訊科學與工程學院電子資訊工程1班，郵編：400074，e-mail:
摘要:隨著社會的不斷發展，自動化、智慧型化逐漸成為了時代的主題。自動化、智慧型化技術在溫室大棚控制領域的應用是現代農業的發展趨勢，這些技術的應用提高了經濟效益，同時節約了大量的人力和物力。
為此我們設計了 「基於盛群微控制器的溫室大棚自動管理系統」。該系統主要由大棚終端和控制中心兩大部分組成，以ht46f49e微控制器為核心，大棚終端和控制中心之間通過無線方式來實現資料的交換和傳輸。大棚終端由各種感測器實現資料採集，並根據農作物的生長規律自動調節大棚環境。
控制中心通過無線方式對大棚終端的工作狀態進行監測，並能夠根據作物的生長週期對大棚終端的控制引數進行調整。該系統實現了大棚環境的自動控制，具有價效比高，結構簡單，適應性強，易操作等特點，主要適用於中、小規模型溫室大棚。
關鍵詞：溫室大棚感測器盛群微控制器自動調節
一．引言
我國是乙個農業大國，但是目前我國農業技術的發展整體而言還處於乙個相對較低的水平。以溫室大棚種植為例，在我國很多地區主要或者完全依賴大量的人力、物力以對大棚進行監控和管理。這樣的方式根本起不到良好的管理效果，還造成了了大量的人力、物力浪費。
目前國內也有較為先進的溫室大棚管理技術，但是這些技術普遍成本較高，很難在中小型規模的種植中推廣應用，為了很好的解決該問題我們設計出了「基於盛群微控制器的溫室大棚自動管理系統」。該系統可以實現對溫室大棚的自動化管理，最大程度地節約人力資源，提高溫室大棚的經濟效益。
該系統實現了溫室大棚的自動化，智慧型化管理，具體表現在對大棚內的各項引數如：溫、濕度等的自動採集與實時顯示。所有採集的資料可以通過無線傳輸的方式傳送至控制埠，並且進行儲存以便於隨時地檢視作物生長資料。
在控制端通過對採集資料的分析就可以了解目前情況下大棚內的環境狀況。若某一項指標沒達到或超過適宜範圍，此時控制端就會報警並自動發出指令對相應的某一條件進行調節，實現了對大棚的自動化管理。
該系統的創新性和實用性主要體現在以下幾個方面：
1、採用ht46f49e微控制器作為主控晶元，系統規模小，低功耗，生產成本低。
2、採用無線射頻傳輸，避免了佈線繁瑣、施工複雜。
3、自動化、智慧型化程度相對較高，節約了大量人力、物力、提高生產效率。
二． 實驗方案（設計思想）
本系統以ht46f49e微控制器為核心，大棚終端和控制中心之間通過無線方式來實現資料的交換和傳輸。大棚終端由溫、濕度感測器，光照強度感測器實現資料採集，並根據農作物的生長規律自動調節大棚環境。控制中心通過無線方式對大棚終端的工作狀態進行監測，並能夠根據作物的生長週期對大棚終端的控制引數進行調整。
（一）溫室大棚環境的檢測
1、溫、濕度的監測：利用數字溫、濕度感測器dht11對大棚內溫度、空氣濕度進行監測，感測器dht11得到的資料為數字量，所以測得的資料可以直接在大棚終端顯示裝置中實時顯示。若監測資料超出了系統設定的範圍，大棚終端將向加溫、溼或降溫、溼裝置發出指令，對溫、空氣濕度進行自動調節，使得溫、空氣濕度維持在系統設定值的範圍內，測量電路如圖一所示。
圖一溫、濕度的採集
本系統通過hs1100感測器對土壤的濕度進行監測，將採集的資料在大棚終端顯示裝置中實時顯示。hs1100d濕度感測器實際上相當於乙個可變電容，其電容的變化值與空氣中的相對濕度成一一對應的正比線性關係，相對濕度越大濕度感測器的電容越大；相對濕度越小，濕度感測器的電容越小。將電容的變化量準確地轉變為微控制器接受的訊號，常用的兩種方法：
一是將該溼敏電容置於運放與容阻組成的放大器電路中，所產生的電壓訊號經直流放大，再經 a/d轉換為數碼訊號；另一種是將該溼敏電容置於振盪電路中，將電容值的變化轉為與之呈反比的電壓頻串訊號，可直接被計算機所採集。在此採用第 1種測量方法，測量電路如圖二所示。
圖二土壤濕度採集
2、 光照強度檢測：選擇光照感測器進行光照檢測, 主要檢測光照強度。通過光照感測器將測得的光照強度轉換後在大棚中顯示，經處理後的資料超出了監測的範圍，系統將發出控制訊號給加強光照或減弱光照裝置，使得光照強度維持在適合農作物生長的狀態。
如果溫室面積較大, 為了達到所測得的資料的準確性, 可在大棚內選擇不同的點加裝多個光照感測器進行檢測。
（二）、溫室大棚調節、處理方案
1、溫度的控制處理
（1）公升溫技術：當溫度感測器檢測到大棚內部溫度低於系統設定值時，系統向電爐子的開關控制電路發出控制訊號，開啟電爐子的控制開關，使得大棚內部溫度維持在有利於農作物生長的環境狀態下。
（2）降溫技術：當溫度感測器檢測到溫度低於系統設定值時，不利於農作物的生長，系統給風扇的開關控制電路發出控制訊號，開啟風扇的控制開關，使得大棚內部溫度維持在有利於農作物生長的環境狀態下。
2、 濕度的控制處理
（1）增加濕度：當濕度過低，環境處於不利於農作物生長時，系統會開啟噴水開關，給土壤增濕，同時該過程會在濕度感測器的配合下進行，實時檢測，一當濕度在正常範圍內時，就立即關閉開關。
（2）較弱濕度：開啟風扇開關、開啟通風口，增大空氣流通，減少濕度。
3、光照的控制處理
（1）增強光照技術：光源的選擇主要依據作物對光譜的吸收效能和光源的發光效率。一般作物光合作用主要吸收014～015μm 的藍、紫光區和016～017μm 的紅光區。
對於光源的選擇可有多種, 如白熾燈、滷磷酸鈣螢光粉的白色螢光燈、高壓水銀燈等。當感測器檢測到室內光照強度較弱時，系統發出控制訊號, 給現場控制單元, 由其來控制燈的開關, 並與光照感測器形成乙個閉環控制。
（2）可遮光措施：由電機拖動自動捲簾來控制。捲簾機是否工作, 由系統根據光照強度來決定。
(三)、無線資料傳輸
為了能夠更方便的對溫室大棚進行檢測管理，需要將大棚終端得到的檢測資料實時地傳輸至控制中心。在本系統中在大棚終端和控制中心之間採用無線射頻傳輸技術。它可以避免複雜的佈線問題，同時減少成本。
三．作品結構
本系統主要由硬體和軟體結合構成，下面分別對其進行說明。
（一）硬體部分說明
該系統硬體主要是兩個部分構成：大棚終端和控制中心。
1、大棚終端
大棚終端分為四個部分：訊號採集模組、綜合處理模組、調控模組、無線射頻傳輸模組。方框圖如圖三所示
圖三大棚終端方框圖
1.1 訊號採集模組
該模組由各類感測器、下位機（盛群微控制器）和顯示器構成；主要完成對大棚內溫度、濕度、光照強度的實時檢測顯示，並把資訊傳給上位機（這裡由微控制器擔當）。
1.2 綜合處理模組
該模組由微控制器、顯示器、案件、指示燈、報警器組成，主要是對下位機傳來的資訊進行處理。它還可以設定各個引數的初始值，如果溫室內所有引數在正常範圍內，全部訊號燈正常，否則會發出警報響聲，並傳送訊號給處理調節模組進行調節。
1.3 調控模組
該模組由繼電器、公升降溫、増降濕度、增減光照裝置組成，主要完成內部環境調節功能。
1.4 無線射頻傳輸模快
該模組是負責大棚終端和控制室資料傳輸功能。
2、控制室硬體
控制中心分為無線收發模組、外部儲存器模組、綜合處理模組。控制中心可在各個大棚之間進行切換監視，以便隨時了解每個大棚內農作物的具體生長狀況。當需要大棚內農作物歷史資料時，可以在控制中心任意的呼叫檢視。
方框圖如圖四所示
圖四控制中心方框圖
2.1 無線收發模組
該模組是負責大棚終端和控制室資料和命令的傳輸功能。
2.2 外部儲存器模組
主要負責對各個大棚檢測資料的儲存，便於資訊的呼叫和分析農作物的生長規律。
2.3 綜合處理模組
對獲取資訊的處理和各大棚的綜合控制，通過鍵盤可以隨時檢視各個大棚內部環境狀況。根據不同農作物的生長規律，遠端調節其各個引數的上下限。
（二）軟體部分
1、大棚終端主程式
本系統開機後，內部會進行基本的初始化（如定時器、中斷等），然後第一次採集大棚內的各種訊號，我們處設定取樣間隔為20分鐘，取樣結束後，系統會對這些資料立即做出判斷，是否在正常範圍內，若是則一切正常，否則會發出警報，同時調控模組會更具綜合處理模組的指示開始調控工作，直到環境恢復到正常範圍內；該系統會一直如下基本迴圈：採集—判斷—處理—採集—判斷；在外部，開機後顯示屏上會顯示「歡迎使用」，5秒後再顯示溫室中狀態引數。
大棚終端主程式流程圖如圖五所示
圖五大棚終端主程式流程圖
2、控制中心子程式
系統上電後，開始基本的初始化，通過select鍵選擇呼叫不同的大棚，對其內部資料進行讀取，並顯示和儲存，以便以後對資料的呼叫；主要的功能是完成各個大棚間的切換，流程圖如圖六所示。
圖六控制中心主程式流程圖
3、引數邊界值設定中斷程式
根據農作物的生長週期必須對大棚環境控制引數值的範圍進行設定。引數邊界值設定中斷程式流程圖，如圖七所示
圖七設定邊界流程圖
設定邊界值由功能鍵和數字鍵「0~9」來完成；設定方式如下：1）預設模式，按下功能鍵set後進入邊界值得設定，從溫度開始設定，然後是濕度和光照強度的邊界值設定，三者設定完成或下enter鍵就返回主程式； 2）靈活模式，按下功能鍵set,然後按可以改變三者的調節順序，按下
enter鍵，結束設定；
四、作品功能、特色
本系統主要實現溫室大棚內部環境自動檢測與調節，使大棚環境維持在系統設定值的範圍內，達到作物可以在適宜的環境下生長的目的。大棚終端是乙個自動化、智慧型化系統，它可以獨立的自動採集和調控大棚內部環境，並將採集資料實時顯示及自動傳輸至控制中心，實現資料的儲存。控制中心可在各個大棚之間進行切換監視，以便隨時了解每個大棚內農作物的具體生長狀況。
當需要大棚內農作物歷史資料時，可以在控制中心任意的呼叫檢視。在大棚終端和控制中心之間採用無線射頻傳輸技術，可以避免複雜的佈線問題，同時減少成本。
目前市場上同型別的產品生產成本普遍較高，這些產品物件導向一般為大型的溫室大棚，而對於大部分的中小型溫室大棚來說相對成本較高。該系統能夠滿足現今中國廣大農村大棚種植的需求，通過細微的改進，還可用於室內環境、倉庫和大型養殖場的環境檢測，實用性非常廣。本系統的大棚終端和控制中心均用微控制器控制，在達到同型別產品功能的同時，減小了規模、降低了成本較低、提高可操作性、穩定性高。
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