基于单片机的智能温室大棚系统设计与实现.pdf

10 11 科技资讯 SCIENCE Greenhouse greenhouse STM32 MCU Senso Bluetooth 1 引言 1 1 课题研究的背景和意义 在生活智能化要求下 作为人类所从事的最持久的行 业 也是人类社会文明基础的农业 并没有死气沉沉的 相反发展得如火如荼 智能农业已经智能化时代的重要组 成部分 智能农业充分利用了现代通信技术和电子电力技 术 将各种传感器和控制模块有效连接实现农业智能养 护 系 统 在 农 业 种 植 中 的 许 多 方 面 发 挥 着 十 分 关 键 的 作 用 如 种 子 检 测 智 能 种 植 作 物 检 测 生 长 环 境 的 改 变 和 保持等 而智能化温室大棚正是实现农业智能化的一个 很好的实物载体 智能化温室大棚能够通过各类环境监 测传感器及无线传感器实现对植物生长环境的实时监控 及数据传输 前期运用计算机将植物的生长状况 土壤温 湿度 光照强度等收集起来 得出最佳的自适应植物生长 环境条件导入系统 通过与实时数据的对比 使系统能够 自主实现改变植物生长环境的功能 将环境保持在最佳的 最合适的状态 从而提高农作物的产量 进而提高我国农 民 的 生 活 品 质 为 我 国 农 业 现 代 化 做 出 突 出 贡 献 1 2 主要内容 该课题通过分析智能温室大棚的背景及意义 并结合 作者简介 孟凡宇 1996 男 辽宁大连人 硕士研究生 研究方向 计算机技术 国内外的智能温室大棚系统的研究现状及发展趋势 自行 制定并开发出一套适合我国北方的智能化的温室大棚控 制系统 首先完成温室大棚的整体结构设计 包括温室大棚的 整体机械架构 使其能做到保温通风效果好 采光面积大 等特点 接下将温室大棚划分区域 并将各类装置合理安 装 搭 建 出 仿 真 度 极 高 的 智 能 化 温 室 大 棚 实 物 模 型 2 系统概述 2 1 温室大棚架构参数简介 说明 此次课题主要设计的是单层的 塑料覆盖的 单 面采光的利用混合材料搭建的温室大棚 所以以下温室大 棚参数主要针对于此类温室大棚 此类温室大棚的主要构成部分包括承重骨架 后背墙 体 后屋面墙体 侧面墙体 覆盖材料 保温维护设施等 如图1所示 2 2 系统设计方案 目前国内温室大棚主要集中在北方 具有覆盖面积集 中 建 设 规 整 且 分 布 均 匀 等 特 点 同 时 由 于 北 方 的 雨 雪 天 气频繁出现 所以该课题研究的基于单片机的智能温室大 棚系统划分为3个子系统 以应对北方温室大棚所处的环 10 11 科技资讯 SCIENCE TECHNOLOGY INFORMATION 科技资讯 2020 NO 03 SCIENCE TECHNOLOGY INFORMATION 信 息 技 术 境 其中包括远程监视控制子系统 蓝牙传输子系统 实 时检测处理子系统 该系统将整个的温室大棚划分两个实时检测控制区 域 经 过 3 个 子 系 统 的 相 互 配 合 不 仅 可 以 实 现 对 温 室 大 棚的实时自动监测和分区控制 同时分区控制还分为远程 手动控制以及实时检测系统的自动控制 同时为防止由于 不 可 预 知 因 素 影 响 蓝 牙 传 输 子 系 统 工 作 的 情 况 发 生 将 在 实时检测控制子系统中添加优先级高于自动控制的手动 控制功能 但初始化时此功能将处于关闭状态 可在后期 手中开启 3 系统调试与分析 在系统的硬件焊接完成后 进行通电测试 本系统采 用独立电池的供电方式 利用Arduino 2560单片机进行降 压 完成对显示屏 hc 05蓝牙 LED信号灯 蜂鸣器的供 电 当通电后 系统初始化正常 功能测试如下 首先当系统初始化完成后 开始通过矩阵键盘设置各 个温室环境条件的控制范围 通过按D键设置并确定 之 后按A键 启动数据接收功能LED1信号灯点亮 数据 开始接收 并显示到LCD 12864显示屏 表示数据接收功 图1 温室大棚组成成分介绍图 图2 远程监控系统初始化图 图3 启动远程控制功能实现图 图4 历史数据查询功能实现图 图5 数据显示功能实现图 下转13页 12 13 科技资讯 SCIENCE TECHNOLOGY INFORMATION 科技资讯 2020 NO 03 SCIENCE TECHNOLOGY INFORMATION 信 息 技 术 能正常 按下B键 启动手远程功能 LED2信号灯点亮 此时按下矩阵键盘上的的按键 温室大棚相应的执行设 施开始工作 按下C键 启动历史数据查询功能LED3信号 灯灯点亮 通过矩阵键盘输出查询日期后 显示屏显示出 历史数据 同时人为的过度改变温室环境 当某一条件超 出 设 定 范 围 或 者 失 火 时 时 蜂 鸣 器 及 L E D 4 信 号 灯 红 色 开 始 工 作 综 合 以 上 该 系 统 全 部 功 能 均 已 实 现 见 图 2 至 图 5 4 结语 该课题完成了一种基于单片机的智能温室大棚系统的 设计与实现 系统主要采用STM32型以及Arduino型单片 机的开发技术 蓝牙的无线传输技术以及各种环境传感 器的检测技术 最终以硬件系统的形式进行呈现 完成状 况达到课题所要求效果 该硬件系统能较好地模拟实际 温室大棚的环境 完成整个智能化系统功能 在实时检测处理系统中 现了数据的采集 且传输 情 况 良 好 达 到 了 及 时 准 确 的 效 果 虽 然 不 同 数 据 的 精 度 控制有所偏差 但是总体上符合课题要求 不影响实际的 应用 其中空气温湿度检测方面达到了最佳效果 基本上 无偏差 测量精度为1度左右 其他数据精度也完全在预期 范围内 同时雨水 火焰传感器能准确检测到是否下雨或 失火 以辅助完成收拢保温设施及灭火的功能 并且水泵 等其他调节环境设施控制也基本上实现了自动控制和手 动控制 在远程监视控制系统中 数据的接收状态良好能够 完成数据存储及历史数据查看的功能 其中由于硬件内存 的有限 所以数据的存储以小时为单位进行存储 每一 小时存储一组数据 并存储的数据会定期删除更新 在数 据显示方面设置了LCD 12864显示屏分别显示温室内两 个区域的数据 以达到清晰可辨的目的 设置了矩阵键盘 通过手动按键向系统发送对应命令 因此远程监视控制系 统功能全部完成 参考文献 1 刘定策 伍家鸿 王浩 等 基于STC单片机的名贵花卉全 自动养护智能装置 J 自动化与仪表 2019 8 73 76 2 李泽熙 荆嘉宁 周欣欣 基于单片机设计的创新创业训 练探究 J 现代盐化工 2019 3 164 165 3 王杰 基于51单片机的电容电感测量仪设计 J 科技创 新与应用 2019 24 32 33 2 3 1 电气模糊控制与人工智能 速度控制通用控制组所需的人工智能技术是直流旋 转控制 可以促进快速调速 在模糊控制中 交流旋转控 制的形式是一个很好的应用 交流旋转控制形式的核心部 分是推理引擎 2 3 2 网络控制中关于人工智能的运用 网络控制技术依赖于人工神经网络 在电气控制行业 的信号处理和信息识别中起着非常重要的作用 例如 网 络控制技术基于并行结构 极大地提高了系统监控和在 线警告的准确性 在应用该技术的过程中 误差反转也用 于执行有效的信号传播 并实现电控制信息共享 根据节 点数据 非线性函数等计算非线性函数的近似值 并将计 算出的数据及时地传输到网络控制层 动态控制方法用于 调整系统数据 及时明确电气控制设备和监控系统的最大 速度值 根据监控系统 确定电气控制自动化设备所需的 时间 并确保设备的控制范围 通过控制电流和节点信息 来控制电流以控制转子速度 2 3 3 人工智能在电气控制自动化作业中的运用实例 人工智能技术的优势在模糊网络在电气控制自动化中 的运用中得到了很好的展示 可以凭借故障诊断功能来进 行系统中故障问题的检修 进行主动故障排除和处理 同 时改进故障排除技术计算机系统用于诊断故障 故障分 析应用于监控系统模糊网络的逻辑思维 通过以上这些 步骤 建立合理的框架在整个框架之下 故障诊断能力 得到了提高 从而也提高了作业人员的专业水平 人工智 能管理可以及时定位故障发生点 并通过系统进行详细 分析 然后使用人工智能语言对故障进行检测和处理 及 时显示相关检测信息 方便员工充分掌握系统运行信息 保证系统故障处理的准确性和积极性 3 结语 电气自动化控制系统和智能技术的结合是双赢的 够有效提高电气自动化系统的生产效率 进一步推动智 能技术的发展 生产企业的市场竞争力得到了很大提高 人们的工作生活方式也发生了深刻的变化 在未来的工作 中 对电气自动化控制系统与智能技术相结合的研究应该 更加深入 这将极大地促进智能技术的更新和升级 从而 带动电气自动化控制系统的发展 进一步推动中国社会经 济的快速发展 参考文献 1 马仲雄 浅谈电气自动化控制中的人工智能技术 J 电子 技术与软件工程 2014 11 246 247 2 王庆海 电气自动化控制中的人工智能技术研究 J 数字 技术与应用 2016 8 21 22 3 叶水春 谈人工智能在电气自动化控制中的应用 J 中国 科技纵横 2013 12 101 上接11页 中国核心期刊 遴选 数据库收录期刊 中国期刊全文数据库收录期刊 中文科技期刊数据库收录期刊 中外医疗 杂志欢迎投稿 电话 010 67348481 63385386 传真 010 63385686 E mail zwylbjb 地址 北京市丰台区菜户营58号财富西环名苑2609室 中外医疗 杂志社 邮编 100054