蔬菜大棚温度控制系统的研究与实现★

刘晓敏 张艳丽 牛国玲

(1．佳木斯大学信息电子技术学院，黑龙江 佳木斯 154007; 2.佳木斯大学机械工程学院，黑龙江 佳木斯 154007)

·计算机技术及应用·

蔬菜大棚温度控制系统的研究与实现★

刘晓敏1张艳丽2*牛国玲2

(1．佳木斯大学信息电子技术学院，黑龙江 佳木斯 154007; 2.佳木斯大学机械工程学院，黑龙江 佳木斯 154007)

蔬菜大棚的温度控制系统对蔬菜生长过程中的温度进行分析，从控制原理和软件设计方面进行了论述，提出用计算机实现蔬菜大棚中温度的自动监测和控制的方法，进行了温度控制系统的研究，达到了提高蔬菜成品质量的效果，解决了蔬菜因为温度无法控制而影响生长的问题。

蔬菜大棚，温度，自动监测，自动控制，计算机

近年来，由于我国经济迅猛的发展，科学技术水平也随之快速提升，农业也在科技的发展之下得到了推动。我国是世界上的农业大国，农业的发展是我国经济稳定发展的基础，因此国家对农业领域的科学技术应用力度加大，而蔬菜大棚就是其中的一种。蔬菜大棚为蔬菜种植提供温度保障，其能为蔬菜的生长提供一个舒适的温度环境，可以加快蔬菜生长，提高蔬菜质量。但蔬菜大棚在实际应用过程中也存在较多问题，其重要的问题之一就是如何对蔬菜大棚内部的温度进行自动化控制，如何找到蔬菜在各个时段和阶段最适宜的温度，保证蔬菜在最适宜的温度环境下生长。对蔬菜大棚温度控制系统的研究就是要设计出一套经济上合理，使用上方便的温度监测与控制系统。

蔬菜大棚是农业发展中一项重要技术，它对于蔬菜的产量提高有着非常重要的作用，尤其是在寒冷的地区，部分蔬菜难以适应当地的气温，采用蔬菜大棚技术可以在这种环境下种植蔬菜，其不仅可以增加当地农民的收入，同时对于我国农业的发展也有着很大的促进作用，因此对蔬菜大棚温度控制系统的研究是一项十分有意义的课题。

1 温室温度自动控制的目标功能

1)能对蔬菜大棚内、外的温度进行监测，监测的温度时时显示在系统的PC管理终端，系统的PC管理终端采用的是一台计算机设备，其监测到的温度数据可以进行实时分析。

2)用户可以预先在控制系统中设定蔬菜生长每个时期需要的适宜温度，同时能设置系统对温度是否在预期的温度范围内进行实时监测。

3)当蔬菜大棚内的温度偏离适宜温度(这个温度值可以预先设定)一定值时，系统会发出警报，并自动将温度调整至适宜温度。

4)系统不仅要实时显示蔬菜大棚中的温度，也要记录一天或者一段时间内蔬菜大棚内温度变化情况，形成数值分析报告。

2 系统设计的架构

2.1 控制原理

启动电动机供风循环热气流，开启进气阀门供热气控温，经过一定时间关闭进气阀门，打开排气阀门排气，按下停止按钮后，关闭风机，关闭排气阀，连锁控制，要求只要一个蔬菜大棚排气，总排气阀就要打开，只有总进气阀打开，才能启动两个蔬菜大棚进气阀。

蔬菜大棚温度的具体控制流程如图1所示。

2.2 控制原则

蔬菜大棚温度控制系统的控制原则主要有以下几点：

1)控制要实现自动化。整个系统只需要用户使用前进行简单的数据输入，设置一些系统运行的功能。

2)控制要实现智能化。蔬菜大棚的温度控制要达到使用起来方便、操作简单、功能多样化，用户在计算机上只需要进行简单的操作就能达到预期的控制效果，系统能对温度监测数据进行智能分析，同时做出分析报告。

3)控制要实现功能多样化。整个控制系统是采用一套集温度监测、温度分析、温度报警、温度调控模块功能于一体的设备。

2.3 系统模块

蔬菜大棚温度控制系统分为两个部分：1)温度控制模块；2)PC端管理模块。一个系统中有多个温度控制设备，这些设备可以被同时管理控制，系统与控制设备间的通信是通过关口通信实现的。温度控制模块的组成部分包括计算机终端、温度传感器、操作按键、升温控制电路、降温控制电路、声光报警电路、通信电路等。

温度控制设备模块如图2所示。

温度模块控制系统是设计电路图的基础，有了温度模块控制图，再选择相应的软件就可以设计并绘制出系统的电路图，因此温度模块控制图是本设计中一个重要的组成部分。

2.4 软件设计

计算机中的软件设计目标是：在计算机的存储器中提前存入固定的温度上、下限值，当我们设置在蔬菜大棚中的温度感应器感应到蔬菜大棚中的温度超过温度上限值时，系统会通过降温控制电路控制风机对蔬菜大棚进行降温操作，而当检测到蔬菜大棚中的温度低于设定的温度下限时，系统就会通过加热控制电路控制加热设备升高大棚中的温度；计算机中的时钟程序用来读取并记录日期和时间；计算机通过显示电路链接一块液晶显示大屏幕，大屏幕上能显示日期、时间、设定的温度上下限值、蔬菜大棚中的实时温度以及其他一些状态信息；计算机中的声光报警程序能在大棚中温度偏离设定值范围时，通过声光报警电路控制报警器报警。

其设计思路如下：软件的设计遵循先易后难的步骤，先解决简单的部分，再集中解决复杂的部分。设计过程如下：验证风机、加热灯、指示灯的控制；控制报警器响起来(定时器中断控制)；响应按键的输入(外部中断INT0，INT1控制)；让液晶显示需要的数据；设计与计算机的通信内容。

软件的设计采用C语言实现，各个部分的控制伪代码如下：

1)按键、控制引脚定义。

Sbit sc_k1 = p1^6; / / 升温开关控制按钮

Sbit sc_k1 = p1^7; / / 降温开关控制按钮

Sbit sc_F_IN1 = p1^0; / / 升温开关控制端

Sbit sc_F_IN2 = p1^1;

Sbit sc_F_IN3 = p1^2; / / 降温开关控制端

Sbit sc_F_IN4 = p1^3;

2)采集显示温度程序。

Float temp = 0.0;

LCD_Initialize_sc( ) ; / / 液晶初始化

LCD_Show_sc String( 0，0，“wenshihouse Test”);

LCD_Show_sc String( 1，0，“TEMP: ”);

Read_Temperature_sc( ); / / 读取温度

Delay_ms(800) ; / / 延时

While(1) / / 循环读取温度并显示

{ if( Read_Temperature_sc( ) ) / /读取温度正常则转换并显示

{ temp = (int) ( Temp_Value_sc[1]< < 8 | Temp_Value_sc[0])*0.0625;

Sprint ( Disp _ Buffer，“% 5． 1f ”， temp_sc ) ;/ / 浮点温度转换为字符串

Put Str ( stract ( ( char*) Disp _Buffer，“ r ”) ) ; / / 向计算机发送温度数字串

Strcat( Disp_Buffer_sc，“ x DF x43”) ; / / 浮点温度字符串尾部附加摄氏度符号

LCD _ Show_sc String ( 1，7，Disp _ Buffer ) ;/ / 液晶显示

Delay_ms(50) ;

}

}

3)控制电机程序。

If( k1 = = 0) / / 升温开关控制

{ delay_ms(10);

If( k1 = = 0) { F_IN1_sc = 1; F_IN2_sc = 1; }

else { F_IN1_sc = 1; F_IN2_sc = 0; }

}

If( k2 = = 0) / / 降温电机开关控制

{ delay_ms(10) ;

If( k2 = = 0) { F_IN3 = 1; F_IN4 = 1; }

else { F_IN3 = 1; F_IN4 = 0; }}

3 试验测试与仿真

本次试验测试与仿真在小型蔬菜温室大棚中完成，实验过程中使用风扇对大棚外部温度进行模拟，试验分两次进行，每次实验记录温度变化的时间是8 h，结果如图3,图4所示。

从两次结果可以看出，外部环境的温度在-10 ℃～22 ℃范围内时，大棚里面的温度在温度控制系统控制下始终保持在28 ℃～23 ℃之间，因此温度控制系统的控制效果相对较好，也进一步验证了温度控制系统的可行性。

4 结语

本文对蔬菜大棚温度控制系统进行了研究设计，在基于计算机软件设计的基础上对整个温度控制系统进行探讨。针对蔬菜大棚温度控制问题，首先确定了温度控制的目标，并对整个系统构架进行了初步设计；分析了整个温度控制系统的控制原理，确定了温度控制的原则，为之后的设计提供了指导思想；确定了系统的控制模块；软件设计是本设计的重点，软件是整个温度控制系统的核心，软件的质量决定了整个系统的质量，因此对软件设计部分进行了详细的工作；最后以试验仿真来验证了本设计的可行性。

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[2] 马 骏.蔬菜大棚温度电控系统的模糊控制研究[J].中国农机化学报,2015(1):128-131.

[3] 李先山.基PLC的蔬菜大棚温度控制系统[J].兰州工业高等专科学校学报,2012(4):14-16.

[4] 贾芳云,王大为,屈 毅.蔬菜大棚PID温度控制系统的设计[J].湖北农业科学,2011(13):2746-2749.

[5] 李振东.蔬菜温室大棚温度控制系统[D].青岛：中国海洋大学,2010.

[6] 郭清华.蔬菜大棚智能温度控制系统应用研究[J].安徽农业科学,2008(11):4487-4488.

The research and implementation of temperature control system of vegetable greenhouse★

Liu Xiaomin1Zhang Yanli2*Niu Guoling2

(1.JiamusiUniversityCollegeofInformationandElectronic,Jiamusi154007,China; 2.JiamusiUniversityCollegeofMechanicalEngineering,Jiamusi154007,China)

The temperature control system of the vegetable greenhouse analyses the temperature in the process of the growth. It discusses the control principle and software designment and proposes the method of detecting and controling the temperature of the vegetable greenhouse automatically. Meanwhile, it make a research for the temperature control. This system accomplish a good effect for advancing the vegetable quality and solve the problem of influencing the growth without the temperature control.

vegetable greenhouse, temperature, automatic detecting, automatic control, computer

1009-6825(2017)20-0256-03

2017-01-05★:佳木斯大学校级重点项目《计算机科学与技术专业实施导师制的研究》(项目编号：2017LGL-009);佳木斯大学教研项目(2016JL1015);佳木斯大学学位与研究生教研项目(基于“产、学、研”的研究生创新能力的培养与实践)

刘晓敏(1980- )，女，硕士，讲师

张艳丽(1974- )，女，博士，讲师

TP319

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