低成本温室智能环境监控系统的总体设计

白光前

【文章摘要】

冬季由于室外温度较低，所以作物一般在温室中生长。作物的生长受到温度、光照、湿度和二氧化碳等多方面因素的影响，为了促进作物的生长，为其提供适宜的生长环境非常重要，所以需要对温室内的环境因素进行调节。随着科学技术的发展出现了温室智能环境监控系统，通过该系统可以更加准备的掌握作物的生长环境，并及时进行调节，可以实现获得高产和低耗的目的。本文中设计的温室智能环境监控系统以单片机为核心，并成功设计了智能温湿度传感器及通用智能终端，重点介绍了低成本温室智能环境监控系统组成模式的设计，继而实现人机智能对温室系统的控制。

【关键词】

温室;监控系统;低成本

我国是一个农业型国家，当前在广大的农村，温室农业举目皆是。近些年来，随着中国农村和农业经济发展，农业生产逐步由传统的粗放型管理方式转向操作的现代集约化模式，农业科技示范园为示范窗口的现代集约型农业和高新技术应用也正在崛起。开发和研究温室环境智能监控系统是十分必要的。温室智能监控系统能够实现对温室中湿度、二氧化碳等因子的自动监测及控制。加强控制理论与实际生产相结合，引入智能化的方法及知识工程方法，实现人机智能系统控制也将是未来温室控制的发展方向。本文以MSP430F499超低功耗单片机为核心，实现了人机智能对温室系统的控制。低成本温室环境智能监控系统与国内外同类产品相比在成本上有相当的优势。其中设计了智能温湿度传感器的硬件、软件与算法，通用智能终端的硬件与软件;验证了RS-485通信、通用智能终端和智能温湿度传感器设计的正确性;使用MSP430F499单片机，充分利用了该单片机的超低功耗特性和丰富的片上系统，大大简化了硬件电路的设计，降低了功耗，减少了费用，使得低成本设计的实现成为了可能;本系统应用非常广泛，不但可以应用在温室环境智能监控系统中，而且还能满足其它的环境监控系統的要求。

1 温室环境及其控制概述

作物生长收到温度的影响，并且温度是对其影响最重要的环境因素之一，如果作物的生长环境温度适宜，那么作物可以达到最快的生长速度。温度控制主要包括两方面：冬季升温和夏季降温。温室温度的特点是：以外地区温室温度较高和较低的海拔高度和纬度，在时间的昼夜温度和四个季节的变化，太阳辐射的周期性变化;不均匀性的影响下，冷却系统和加热系统的设备布置，室外的天气和温室的不均匀空间分布的因素;由于温室及其周边环境中传导的时刻，对流和辐射换热的方式，再加上它在任何时间将由室内和室外的诸多干扰因素的影响，热源和热辐射具有很大的不确定性;在不同生长阶段的各种作物的发展对温度的要求也不相同的;温室温度的变化是缓慢和延迟的。

2 本系统湿度控制方案

在试验温度控制系统中，采用湿度传感器来检测温度和湿度，检测结果和相应设定值进行比较，然后再决定是否启动控湿装置。由于温度控制和湿度控制具有一定的耦合性，所以温室的控制中尝试使用的一些对该环境因素影响较大而对其他的环境因素影响最小的调控方案。例如，在夏季强烈的光照和湿度的情况下，由于张开遮阳网对湿度的影响比较小，故而只需要张开内或外遮阳网遮阳。

在冬天夜间和阴雨季节，当光照的强度低于光的补偿点时候，需要进行人工补光。常用的温室补光装置主要有：金属卤化物灯、高压水银灯、白炽灯荧光灯、卤灯等光源。对温室中作物的光照时间和光照度进行控制和调节非常有必要。在冬天的夜晚和雨季时，当光照的强度低于光的补偿点时候，为促进作物的生长需要进行人工补光。可以通过设定的值来控制光照。

3 低成本温室智能环境监控系统组成模式

3.1 组成模式一

该模式使用上位PC机和通用智能终端做下位机组成监控系统，其系统组成框图如图1。

3.2 组成模式二

该模式组成的监控系统主要包括两部分，分为为上位计算机和智能温湿度传感器，这两部分组成的监控系统的组成框图如图2所示。

3.3 组成模式三

该模式采用通用上位PC机与智能终端、温湿度智能传感器做下位机组成的监控系统，其系统组成框图如图3。

4 通用智能终端

通用智能终端的控制器为单片机MSP430，具有8路开关量输入、8路模拟量输入及路开关量输出。其原理框图如图4-1所示。

该系统的温度控制系统是被温度传感器检测，根据室外气象条件和室内温度，与设定值比较，决定降、升温的方法和激活控制装置。冬季提高温度控制是根据温度差的大小，决定暖风机的启动时间，温度差异大，激活时间就会较长。夏天控制冷却是运用递阶控制，当开始第一阶段的控制措施仍达不到规定的要求时，才会启动高一级的控制措施。冷却控制由高到低依次为：湿帘风机系统降温;遮阳网开放;强制通风冷却（当晴天遮阳网强制通风前开）;天窗，侧窗打开，自然通风冷却。

【参考文献】

[1]邓璐娟，冯巧玲，李淑君等.智能温室环境控制的研究现状与发展方向[J].郑州：郑州轻工业学院学报（自然科学版）.2003：4.

[2]邓建军，徐立鸿，吴启迪.温室环境控制的特点及其系统组成[J].北京：农业工程学报.1995，14（增刊）：5.