智能恒温农业大棚温度控制系统研究_何茜.pdf
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1、2023 年 4 月下53Agricultural Machinery and Agronomy农机与农艺智能恒温农业大棚温度控制系统研究*何茜,李薇,高亚玲(陕西邮电职业技术学院,陕西 咸阳 712000)摘要:针对传统农业大棚温度控制系统效率低及数据时效性滞后等问题,课题组研发一款具有智能恒温和高精度的农业大棚温度控制系统。该系统以物联网和单片机为技术背景,利用无线传感网精准采集大棚环境数据,采用模糊控制方式实现系统恒温效果。测试结果表明:该系统不仅温控效果精准,且稳定性较好,具有较强的开发前景,可有效助力“三农”产业发展。关键词:恒温;农业大棚;温度;控制系统中图分类号:S625;TP2
2、74 文献标志码:A DOI:10.3969/j.issn.1672-3872.2023.08.016温室大棚的温度直接影响到种植物的生长状况,通常情况下都需要有经验的种植农户进行人工控制,不仅费时费力,还容易对大棚内的种植物健康产生影响。为了保障农作物健康生长,需要采用智能化先进温控系统进行辅助,促进农作物在适宜的条件下生长。通过对农业大棚温度控制系统的研发和技术推广,不仅可以助力“三农”产业健康发展,助推乡村振兴,还可依据农作物不同季节生长需求,对温度进行实时模拟参数调节,促使传统农业大棚向智能化和数字化转型升级。1 研究背景随着人们物质生活水平的不断提升,人们对非时令蔬菜水果等农产品的需
3、求增加,农业大棚得到了广泛应用与发展。农业大棚不仅可以种植有机蔬菜和瓜果,还可开发观赏苗,提高单位土地产量和农产品的附加值1。然而大棚农作物的种植与管理复杂且精细,如何保持温室内适宜的光照、温度和湿度,科学施肥,合理采收、运输、储藏是一门“技术活”。传统农业大棚由于维护费用高,数据采集效率低,温度可控性差,已经无法满足当前农作物健康生长的需求2。因此,亟需研发一款具有自动智能和恒温调节功能的大棚温度控制系统,以改善棚内农作物生长环境温度。2 智能恒温农业大棚温度控制系统结构课题组研发了一款具有自动智能和恒温调节功能的大棚温度控制系统。该系统结构分为五个模块,即数据采集、监控、调控设备、网络传输
4、及单片机模块,如图1所示。图1系统结构2.1 数据采集模块系统数据采集模块利用物联网传感器对大棚环境数据进行精准采集,该模块包含了温度、湿度、光电传感器,采用ZigBee嵌入式芯片进行短距离无线数据传输2-3,其优势在于速率快、功耗低、抗干扰性强、成本低。通过将数据传输至监控模块显示,对环境中异常的数据可通过单片机模块进行自动处理。同时,温度湿度数字传感器采用DHT11型号,其结构如图 2 所示,该数字传感器的数字信号可以直接与单片机模块相连,校准能力强,稳定性较好,其精度湿度可控制在5%RH,温度2;量程湿度5%RH95%RH,温度-20+60。电阻式感温元件电阻式感湿元件NC测阻元件MCU
5、OTPGNDNCDATAVCC图2数字传感器结构图基金项目:2021年陕西省咸阳市科学技术项目“蔬菜大棚温度控制系统”(2021ZDYF-NY-0027)作者简介:何茜(1982),女,四川内江人,硕士研究生,副教授,研究方向为计算机软件。542023 年 4 月下Agricultural Machinery and Agronomy农机与农艺2.2 监控模块系统监控模块由显示器、数码管和键盘组合而成。键盘实现对系统的物理操控,显示器对3组不同数码管数据状态起到显示区分作用,3组不同数码管分别为实时温湿度控制、历史温湿度控制和功能设定温湿度控制状态。同时,为了便于种植户实时监控,通过互联网数据
6、连接可在手机中进行操作。2.3 调控设备模块系统调控设备可看作是温控过程中的执行机构,依据采集的棚内环境数据信息,通过单片机控制命令进行环境温度实时调整,具体设备包括灌溉、通风、加热和照明。2.4 网络传输模块系统网络传输模块由系统服务器、无线传感器、互联网组合而成,利用无线传感器节点与单片机进行连接,采用无线传感网实现数据融合及传输功能4,其网络结构与互联网有所区别,是基于物联网技术物理层、网络层、传输层和应用层原理实现的,其结构如图3所示。图3系统无线传感网结构2.5 单片机模块系统单片机模块是系统的控制核心,模数部分可看作是采集数据的转换过程,其作用是将数据转换为二进制数,随后传输至控制
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