1、-. z基于單片機的溫室大棚智能系統的研究摘要：本系統是一種基于單片機的大棚智能調節系統，包括單片機控制裝置、PC機、液晶顯示器、GPRS定位裝置、使用終端、多個傳感器裝置、ZigBee裝置及繼電器組；單片機控制裝置分別與PC機及液晶顯示器連接，單片機控制裝置與GPRS定位裝置及ZigBee裝置雙向連接，GPRS定位裝置與使用終端連接，ZigBee裝置與繼電器組連接；多個傳感器裝置分別與單片機控制裝置連接。本系統通過對大棚各項指標的綜合評價與分析，提升大棚種植的效率與平安性，把所有監控節點參加網絡中，以實現對設備的調控，用戶可通過手機、平板等聯網設備查看大棚的環境參數，并可對大棚的設備進展控制

2、。關鍵詞：單片機；GPRS；ZigBee裝置；終端；智能調節系統中圖：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044201612-0267-03 Abstract： This system is a microcontroller-based intelligent greenhouse control system including microcontroller， PC， LCD display， GPRS positioning device， terminal， a plurality of sensor devices， ZigBee devices and relay

3、group； MCU control device respectively connects with PC and LCD display. Microprocessor control unit connects with GPRS positioning device and a ZigBee device in two-way connection. GPRS connects with terminal. ZigBee device connects with the relay group； a plurality of sensor devices are connected

4、to the microcontroller. Through indicators in the prehensive evaluation and analysis in the greenhouse，the system can enhance the efficiency and safety of greenhouse cultivation. All monitoring nodes join the network in order to achieve the regulation of the device. The user can view the greenhouses

5、 through mobile phones tablet and other networked devices， and the device can be controlled within the greenhouse. Key words： microputer； GPRS； ZigBee device； terminal； intelligent greenhouse control system 1 概述在我國，溫室大棚技術開展的比擬晚。20世紀60年代，種植農作物使用的是塑料大棚。20世紀70年代的時候，一些技術先進的溫室設備從國外被引入到國。但是那時候考慮的并不完全，因為光引

6、進溫室設備是不夠的，像溫室大棚作物的栽培、管理方面的技術，以及地域、水土、氣候乃至資源的差異也要重視起來，而且引進的溫室能能源消耗太大，以至于這些巨資引進的設施根本上虧損經營。到了20世紀80年代，經過向興旺國家學習溫室控制技術這個過程之后，人工氣候室微機控制技術才漸漸地被我國的工程技術人員掌握，可是該技術所控制的環境參數有限，只限于溫度、濕度和二氧化碳濃度這樣的單項環境因子。到了20世紀90年代的初期，大型的溫室大棚在我國的開展并不樂觀。在九五初期的時候，建立了中以示農場，這個農場是以以色列溫室為代表的，于是掀起了國對興旺國家先進溫室技術第二次學習和引進的熱潮。到了20世紀90年代的中后期，

7、經過對興旺國家溫室設施配備、品種栽培、栽培技術等各個方面有了系統的研究之后，一些具有研究性質的環境控制系統被開發出來了，這完全是我國自主研發的系統。在1995年的時候，WJG-1型實驗溫室環境監控計算機管理系統被農業大學研制出來了，它是一種小型分布式數據采集控制系統。1996年，基于工控機來管理的植物工廠系統又被理工大學成功研制出來了。而且中國農業機械化科學研究院又研發出了新型的智能溫室系統，這個系統包括：大棚、通風降溫系統、存儲太陽能系統、燃油熱風加熱系統、灌溉系統以及計算機環境參數測控系統等。自從1997年，中國農業大學在溫室環境在自動控制技術方面，也有著不錯的成果。最近幾年，我國的溫室大

8、棚控制技術雖然有了不錯的開展，但是仍然有一些問題。主要表現在：1從分布上看，我國的溫室在北方區域占大多數，像東北、華北等這些地方，而其他地區的溫室數量就顯得少的多了；2從構造上看，國產溫室大多數都是比擬簡易的，可以附加的設施也是比擬少的，所以保溫效果不是很好，主要是依靠太；3在控制和管理方面，國產溫室的自動化程度不高，主要是靠人力來調節。雖然最近幾年在溫室的自動控制方面，國的一些人對其進展了研究，但是他們主要是對單個因子進展研究，所以研究的并不全面。現在，在網絡化測量和控制方面，一些相關的行業己經有了研究，目的是以網絡化和分布式數據采集系統來替代信息封閉、與外界隔離的系統，甚至可以不通過Int

9、ernet網絡對數據進展采集，來實現遠程的系統調控。雖然國溫室規模比擬有限，還未形成規模化經濟，而且組建的費用也挺高的，但是相信不久的將來，溫室監控系統分布式和網絡化肯定是一種趨勢。興旺國家的現代溫室測控技術開展的較早。在1949年，工程技術在美國開展迅速，所以第一個植物人工氣候室就是在美國建成的。建立該氣候室是為了研究在自然的條件下，植物的適應性和抵抗能力以及在這方面有什么應用。到了20世紀60年代，生產型的高級溫室開場應用到農業生產中去，比方第一個番茄生產工廠在奧地利被建成。20世紀70年代后，興旺國家的溫室園藝開展的非常快，溫室設施不僅在農業中有著廣泛的應用，而且在畜牧業和水產養殖業這些

10、方面也有著應用。幾十年來，計算機技術是日新月異，開展的異常迅猛，而且智能控制理論也有著長足的進步。所以將近一百年來，溫室大棚對于設施農業來說，起到了舉足輕重的作用，世界各地都有著溫室大棚的影子。尤其在20世紀70年代，由于電子科技的迅猛開展和微型計算機的問世，溫室大棚技術有了根本性的變化。到了80年代，微型計算機的價格下降，經濟上更能負擔起來。而且人們對溫室環境有了更高的要求。在興旺國家，溫室調節系統是以智能化的微型計算機為核心的。溫室產業及相關技術在國外的開展速度很快。如從80年代到90年代，以色列的溫室更新了三代，換代后的溫室自動化的程度高，不僅可以供水，而且還可以施肥等自動調節環境因素。

11、在英國，溫室的開展也備受關注，科學技術人員對溫室的節能、自動化控制、作物栽培及產后處理等方面先后進展了研究。2003 年11月，在荷蘭的阿姆斯特丹 RAI展覽館舉行的國際花卉展覽會上，來自世界各國的 477 個廠商展示了他們各自的產品和實力。另外，興旺國家的溫室正向越來越先進的方向開展，像遙測技術、網絡技術和控制局域網這些先進的技術，正逐漸被應用到溫室中。近些年，我國的設施農業有了很大的開展，在溫室大棚中種植農作物的技術，已經突破了傳統農作物種植受地域、氣候、自然環境等各種因素的影響的限制，這對于農業生產來說，有著重大意義。在不適宜植物生長的季節或環境下，溫室能給植物提供更有利的條件和并且增加

12、植物產量。溫室要采用采光材料作為構造材料，采光材料可以局部也可以全部覆蓋大棚。提供生育期、促進作物發育、生長、預防蟲害以及提高作物的產量和質量等是溫室生產的目標。而且溫室設備的主要技術是對環境進展調控，該技術是以提高對大棚環境的控制能力和作業精度為目的。2 系統總體設計方案一種基于單片機的大棚智能調節系統，包括單片機控制裝置、PC機、液晶顯示器、GPRS定位裝置、使用終端、多個傳感器裝置、ZigBee裝置及繼電器組；單片機控制裝置的輸出端分別與PC機及液晶顯示器的輸入端連接，單片機控制裝置與GPRS定位裝置及ZigBee裝置雙向連接，GPRS定位裝置的輸出端與使用終端的輸入端連接，ZigBee

13、裝置的輸出端與繼電器組的輸入端連接；多個傳感器裝置的輸出端分別與單片機控制裝置的輸入端連接，將溫度傳感器、濕度傳感器、光照度傳感器和二氧化碳濃度傳感器分別安裝在大棚。上述的基于單片機的大棚智能調節系統，其中，還包括大棚環境調節設備，所述的大棚環境調節設備設置在大棚并分別與多個傳感器裝置連接。大棚環境調節設備包括溫度控制器、濕度控制器、補光裝置及二氧化碳控制器，溫度控制器和溫度傳感器相連接，濕度控制器和濕度傳感器相連接，補光燈和光照度傳感器相連接，二氧化碳控制器和二氧化碳濃度傳感器相連接。PC機與所述的單片機控制裝置之間通過串行總線連接。在大棚的頂部安裝有太陽能電池板，太陽能電池板與單片機控制裝

14、置電連接。圖1是基于單片機的大棚智能調節系統的連接框圖。3 具體實施方案單片機控制裝置采用型號為AT89C52，AT89C52是一個CMOS 8位單片機，具有低電壓，高性能的特點，該單片機有8k bytes的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數據存儲器RAM，其中，Flash只讀程序存儲器可以反復進展擦寫。該單片機的片包含了通用8位中央處理器和Flash存儲單元，它的生產采用了ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術，并且兼容了標準MCS-51的指令系統，因此AT89C52單片機在電子行業中有著廣泛的應用。AT89C52單片機的引腳有40個，外部雙向輸入/輸出I/O端口有3

15、2個，部含有2個外中斷口、2個全雙工串行通信口、2 個讀寫口線以及3個16位的可編程定時計數器。單片機AT89C52不僅能夠按常規的方法進展編程，還能夠通過在線的方式進展編程。它把通用的微處理器和Flash存儲器進展了結合，尤其是可反復擦寫的 Flash存儲器對開發本錢的降低有著至關重要的作用。使用DS18B20溫度傳感器采集大棚溫度。DS18B20是一種支持單總線接口的溫度傳感器，可對大棚溫度的細微變化做出精準的數據采集。DS18B20的測溫圍為-55+125，在-10+85時精度為0.5，并且它具有微型化低功耗高性能抗干擾能力強等優點。在DS18B20的部構造中，非易失性溫度報警觸發器TH

16、和TL、配置存放器被包含在。傳感器完成一次溫度轉換之后，就把采集到的溫度值和存儲在TH和TL中的報警預設值進展比擬，進而判斷大棚的溫度是否滿足要求并進展調控。而且用戶還能在上位機界面對溫度的閾值進展設定，系統自動把設定值寫入到DS18B20傳感器中。濕度傳感器所使用的是SHT11貼片型溫濕度傳感器裝置。在同一塊芯片上的電容性聚合體測濕敏感元件和使用能隙材料制成的測溫元件被包含在傳感器中，它們和串行接口電路以及14 位的A/D 轉換器實現了沒有縫隙的連接。在標定方面，每塊傳感器芯片都是在非常準確的濕度腔室中進展的。對于校準系數，它是用于對部信號校準方面上，并且在OTP 存中是以程序形式進展儲存的

17、。外圍系統集成之所以變得簡單而快速，是因為部的電壓調整和兩線制的串行接口的使用。對于光照強度傳感器，使用的是BH1750FVI傳感器。該傳感器是一種數字型光強度傳感器集成電路，應用了兩線式串行總線接口；它具有很高的光分辨率，能夠對較大圍的光照強度進展探測。該傳感器的測量圍是1655351*，對亮度的測量準確度到達了ll*，而且測量圍比擬廣；它的輸出可以直接以數字方式進展，這樣既省略了繁瑣的計算，還省略了標定，而且還有大輸入圍和對光源的弱依賴性等特點。對于二氧化碳濃度傳感器，使用的是MG-811，MG-811對二氧化碳有良好的靈敏度和選擇性，受溫濕度的變化影響較小，有著良好的穩定性、再現性。其濕

18、度測量圍為20%70%，溫度測量圍為050，測量精度為8%，完全符合本系統的需求。大棚環境調節設備包括溫度控制器、濕度控制器、補光裝置及二氧化碳控制器，所述的溫度控制器與所述的溫度傳感器連接，濕度控制器與所述的濕度傳感器連接，補光燈與所述的光照強度傳感器連接，二氧化碳控制器與二氧化碳濃度傳感器連接。溫度控制器、濕度控制器、補光裝置及二氧化碳控制器可以采用現有技術的控制設備，對于補光裝置，可以在大棚頂上安裝卷簾機、遮陽網以及在大棚安裝補光設備如：日光燈。當光照強度高于預設值時，啟動卷簾機翻開遮陽網，來降低光強；當光照強度低于預設值時，翻開補光設備，增強大棚的光強。PC機與單片機控制裝置之間通過串行總線相連接，RS-232接口應用在PC機的串行口上。因為單片機控制裝置的串行口電平是TTL電平，所以需要將TTL電平轉換為RS232電平才能實現與PC機的串行通信。因此，采用了MA*232芯片來實現電平轉換。轉換之后，將單片機控制裝置中的數據上傳給PC機進展存儲，這樣就連接了PC機和單片機控制裝置。圖2是通信鏈路圖。在大棚的頂部安裝有太陽能電池板，太陽能電池板與單片機控制裝置相連接，由于大棚一般位于光照充足的地域，