智能大棚控制系统的设计与构想
作者：赵杨
来源：《乡村科技》2017年第18期
[摘要] 本文介绍一种智能大棚控制系统的设计与构想。其是将智能化控制系统应用到大棚种植上，利用最先进的生物模拟技术，模拟出最适合棚内植物生长的环境，采用温度、湿度、CO2、光照度传感器等感知大棚的各项环境指标，并通过微机进行数据分析，由微机对棚内的水帘、风机、遮阳板等设施实施监控，从而改变大棚内部的生物生长环境。
[关键词] 智能大棚；控制系统；STC89C52
[中图分类号] TP273.5 [文献标识码] A [文章编号] 1674-7909（2017）18-85-2
1 智能大棚控制系统概述
智能大棚，可以使传统农作物的种植不再受自然环境、地域、气候等多方面不可控因素的影响，对推动农业生产、提高农业生产力有着积极的作用。智能大棚的控制系统是实现这一切自动化、高效化的关键。
相比存在诸多问题的传统人工控制大棚，运用控制系统的智能大棚有着显著的优势，如可以在准确测量大棚温湿度等多种环境数据，并根据所得到的环境数据进行自动调节，达到节省人力物力，提高生产资源的使用效率，降低生产成本等多个目的。而且智能控制系统运行可靠、成本低，有着极强的功能扩展性，其直接结果就是促进农作物的生长，提高产量，在为农民带来良好经济效益的同时带来显著的社会效益。
基于单片机的智能控制系统是通过一种微处理器进行系统控制，以单片机作为控制器以实现控制功能。该系统的特点是小体积、低成本、低功耗、扩展性强及适用范围广。本构想采用目前市场应用最为广泛的STC89C52单片机作为控制器，其被广泛应用于生产生活中，有着良好的口碑和成熟的设计。
2 智能大棚控制系统的优点
①节省人工成本，降低因人为原因导致减产等不利后果的可能性。
②采用智能化的控制系统，能够对环境条件的改变作出及时反馈，使得大棚内的环境参数始终处于合理的范围内。
③提高生产资源的利用效率。
④提高农作物的产量，增加种植者的收入。
⑤系统强大的扩展性可在经过少量编程或增加其他外部设备后，面向不同的农作物进行服务。
3 智能控制系统原理
①二氧化碳传感器检测大棚内的二氧化碳，并将数值反馈至STC89C52，STC89C52检测回传数值是否达到阈值，若达到阈值则驱动电机带动风扇转动对大棚进行通风处理，待二氧化碳浓度降低至合适范围时，则关闭电机。
②温度、湿度监测传感器共同作用，检测大棚内的温湿度，并与湿度调节模块、温度调节模块协同维持大棚内温湿度处于较为稳定、合适的状态。
③亮度监测传感器感知大棚内的光照情况，在光照过于强烈时会通过亮度控制模块驱动电机带动遮阳板的运动，在亮度过低的情况下进行补光处理。
4 基于单片机的大棚智能控制系统的设计
基于单片机的大棚智能控制系统设计结构如图1所示，各部分的功能分别如下。
4.1 主模块
4.1.1 时钟电路。时钟电路的作用是为系统操作提供时间基准。
4.1.2 复位电路。为寄存器进行初始化。
4.1.3 核心芯片STC89C52。8 k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4 kB EEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，1个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外，STC89C52可降至0 Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35 MHz，6 T/12 T可选。
4.2 数据采集模块
采用市售的温湿度传感器、二氧化碳传感器、光线传感器，用户可根据自己需求和经济能力选购不同规格和灵敏度的传感器。
4.3 LED显示模块
将环境数值显示在LED屏上。从性价比上考虑，选择LCD1602字符式显示器，该显示器的显示容量是16×2个字符，带I2C模块的LCD1602连接到核心芯片STC89C52单片机上。
4.4 报警模块
当环境条件触发报警条件时，自动报警，以方便工作人员采取措施。报警系统采用声光报警机制，报警时LCD灯会亮，同时报警器也会蜂鸣，从而引起管理人员的注意。
4.5 电机
直流电机可通过调节电压大小就可以调速，比较方便。步进电机通过脉冲数来控制其步数，步进电机控制更加稳定，且扭矩更大，用户可根据需求自行选择。
5 结语
基于单片机开发的智能大棚控制系统，在实现资源高效利用的同时降低了生产成本，对于提高大规模种植业的生产效率有着显著作用。同时，对于需要精确控制水肥条件的种植业有着显著的影响，未来应用前景十分广泛。
