劉曉敏 張艷麗 牛國玲

(1．佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007; 2.佳木斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007)

·計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用·

蔬菜大棚溫度控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)★

劉曉敏1張艷麗2*牛國玲2

(1．佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007; 2.佳木斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007)

蔬菜大棚的溫度控制系統(tǒng)對蔬菜生長過程中的溫度進(jìn)行分析，從控制原理和軟件設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了論述，提出用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)蔬菜大棚中溫度的自動監(jiān)測和控制的方法，進(jìn)行了溫度控制系統(tǒng)的研究，達(dá)到了提高蔬菜成品質(zhì)量的效果，解決了蔬菜因?yàn)闇囟葻o法控制而影響生長的問題。

蔬菜大棚，溫度，自動監(jiān)測，自動控制，計(jì)算機(jī)

近年來，由于我國經(jīng)濟(jì)迅猛的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平也隨之快速提升，農(nóng)業(yè)也在科技的發(fā)展之下得到了推動。我國是世界上的農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)的發(fā)展是我國經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)，因此國家對農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用力度加大，而蔬菜大棚就是其中的一種。蔬菜大棚為蔬菜種植提供溫度保障，其能為蔬菜的生長提供一個舒適的溫度環(huán)境，可以加快蔬菜生長，提高蔬菜質(zhì)量。但蔬菜大棚在實(shí)際應(yīng)用過程中也存在較多問題，其重要的問題之一就是如何對蔬菜大棚內(nèi)部的溫度進(jìn)行自動化控制，如何找到蔬菜在各個時段和階段最適宜的溫度，保證蔬菜在最適宜的溫度環(huán)境下生長。對蔬菜大棚溫度控制系統(tǒng)的研究就是要設(shè)計(jì)出一套經(jīng)濟(jì)上合理，使用上方便的溫度監(jiān)測與控制系統(tǒng)。

蔬菜大棚是農(nóng)業(yè)發(fā)展中一項(xiàng)重要技術(shù)，它對于蔬菜的產(chǎn)量提高有著非常重要的作用，尤其是在寒冷的地區(qū)，部分蔬菜難以適應(yīng)當(dāng)?shù)氐臍鉁?，采用蔬菜大棚技術(shù)可以在這種環(huán)境下種植蔬菜，其不僅可以增加當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的收入，同時對于我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展也有著很大的促進(jìn)作用，因此對蔬菜大棚溫度控制系統(tǒng)的研究是一項(xiàng)十分有意義的課題。

1 溫室溫度自動控制的目標(biāo)功能

1)能對蔬菜大棚內(nèi)、外的溫度進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測的溫度時時顯示在系統(tǒng)的PC管理終端，系統(tǒng)的PC管理終端采用的是一臺計(jì)算機(jī)設(shè)備，其監(jiān)測到的溫度數(shù)據(jù)可以進(jìn)行實(shí)時分析。

2)用戶可以預(yù)先在控制系統(tǒng)中設(shè)定蔬菜生長每個時期需要的適宜溫度，同時能設(shè)置系統(tǒng)對溫度是否在預(yù)期的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。

3)當(dāng)蔬菜大棚內(nèi)的溫度偏離適宜溫度(這個溫度值可以預(yù)先設(shè)定)一定值時，系統(tǒng)會發(fā)出警報(bào)，并自動將溫度調(diào)整至適宜溫度。

4)系統(tǒng)不僅要實(shí)時顯示蔬菜大棚中的溫度，也要記錄一天或者一段時間內(nèi)蔬菜大棚內(nèi)溫度變化情況，形成數(shù)值分析報(bào)告。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的架構(gòu)

2.1 控制原理

啟動電動機(jī)供風(fēng)循環(huán)熱氣流，開啟進(jìn)氣閥門供熱氣控溫，經(jīng)過一定時間關(guān)閉進(jìn)氣閥門，打開排氣閥門排氣，按下停止按鈕后，關(guān)閉風(fēng)機(jī)，關(guān)閉排氣閥，連鎖控制，要求只要一個蔬菜大棚排氣，總排氣閥就要打開，只有總進(jìn)氣閥打開，才能啟動兩個蔬菜大棚進(jìn)氣閥。

蔬菜大棚溫度的具體控制流程如圖1所示。

2.2 控制原則

蔬菜大棚溫度控制系統(tǒng)的控制原則主要有以下幾點(diǎn)：

1)控制要實(shí)現(xiàn)自動化。整個系統(tǒng)只需要用戶使用前進(jìn)行簡單的數(shù)據(jù)輸入，設(shè)置一些系統(tǒng)運(yùn)行的功能。

2)控制要實(shí)現(xiàn)智能化。蔬菜大棚的溫度控制要達(dá)到使用起來方便、操作簡單、功能多樣化，用戶在計(jì)算機(jī)上只需要進(jìn)行簡單的操作就能達(dá)到預(yù)期的控制效果，系統(tǒng)能對溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，同時做出分析報(bào)告。

3)控制要實(shí)現(xiàn)功能多樣化。整個控制系統(tǒng)是采用一套集溫度監(jiān)測、溫度分析、溫度報(bào)警、溫度調(diào)控模塊功能于一體的設(shè)備。

2.3 系統(tǒng)模塊

蔬菜大棚溫度控制系統(tǒng)分為兩個部分：1)溫度控制模塊；2)PC端管理模塊。一個系統(tǒng)中有多個溫度控制設(shè)備，這些設(shè)備可以被同時管理控制，系統(tǒng)與控制設(shè)備間的通信是通過關(guān)口通信實(shí)現(xiàn)的。溫度控制模塊的組成部分包括計(jì)算機(jī)終端、溫度傳感器、操作按鍵、升溫控制電路、降溫控制電路、聲光報(bào)警電路、通信電路等。

溫度控制設(shè)備模塊如圖2所示。

溫度模塊控制系統(tǒng)是設(shè)計(jì)電路圖的基礎(chǔ)，有了溫度模塊控制圖，再選擇相應(yīng)的軟件就可以設(shè)計(jì)并繪制出系統(tǒng)的電路圖，因此溫度模塊控制圖是本設(shè)計(jì)中一個重要的組成部分。

2.4 軟件設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)中的軟件設(shè)計(jì)目標(biāo)是：在計(jì)算機(jī)的存儲器中提前存入固定的溫度上、下限值，當(dāng)我們設(shè)置在蔬菜大棚中的溫度感應(yīng)器感應(yīng)到蔬菜大棚中的溫度超過溫度上限值時，系統(tǒng)會通過降溫控制電路控制風(fēng)機(jī)對蔬菜大棚進(jìn)行降溫操作，而當(dāng)檢測到蔬菜大棚中的溫度低于設(shè)定的溫度下限時，系統(tǒng)就會通過加熱控制電路控制加熱設(shè)備升高大棚中的溫度；計(jì)算機(jī)中的時鐘程序用來讀取并記錄日期和時間；計(jì)算機(jī)通過顯示電路鏈接一塊液晶顯示大屏幕，大屏幕上能顯示日期、時間、設(shè)定的溫度上下限值、蔬菜大棚中的實(shí)時溫度以及其他一些狀態(tài)信息；計(jì)算機(jī)中的聲光報(bào)警程序能在大棚中溫度偏離設(shè)定值范圍時，通過聲光報(bào)警電路控制報(bào)警器報(bào)警。

其設(shè)計(jì)思路如下：軟件的設(shè)計(jì)遵循先易后難的步驟，先解決簡單的部分，再集中解決復(fù)雜的部分。設(shè)計(jì)過程如下：驗(yàn)證風(fēng)機(jī)、加熱燈、指示燈的控制；控制報(bào)警器響起來(定時器中斷控制)；響應(yīng)按鍵的輸入(外部中斷INT0，INT1控制)；讓液晶顯示需要的數(shù)據(jù)；設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)的通信內(nèi)容。

軟件的設(shè)計(jì)采用C語言實(shí)現(xiàn)，各個部分的控制偽代碼如下：

1)按鍵、控制引腳定義。

Sbit sc_k1 = p1^6; / / 升溫開關(guān)控制按鈕

Sbit sc_k1 = p1^7; / / 降溫開關(guān)控制按鈕

Sbit sc_F_IN1 = p1^0; / / 升溫開關(guān)控制端

Sbit sc_F_IN2 = p1^1;

Sbit sc_F_IN3 = p1^2; / / 降溫開關(guān)控制端

Sbit sc_F_IN4 = p1^3;

2)采集顯示溫度程序。

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( ); / / 讀取溫度

Delay_ms(800) ; / / 延時

While(1) / / 循環(huán)讀取溫度并顯示

{ if( Read_Temperature_sc( ) ) / /讀取溫度正常則轉(zhuǎn)換并顯示

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

Sprint ( Disp _ Buffer，“% 5． 1f ”， temp_sc ) ;/ / 浮點(diǎn)溫度轉(zhuǎn)換為字符串

Put Str ( stract ( ( char*) Disp _Buffer，“ r ”) ) ; / / 向計(jì)算機(jī)發(fā)送溫度數(shù)字串

Strcat( Disp_Buffer_sc，“ x DF x43”) ; / / 浮點(diǎn)溫度字符串尾部附加攝氏度符號

LCD _ Show_sc String ( 1，7，Disp _ Buffer ) ;/ / 液晶顯示

Delay_ms(50) ;

}

}

3)控制電機(jī)程序。

If( k1 = = 0) / / 升溫開關(guān)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) / / 降溫電機(jī)開關(guān)控制

{ delay_ms(10) ;

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

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

3 試驗(yàn)測試與仿真

本次試驗(yàn)測試與仿真在小型蔬菜溫室大棚中完成，實(shí)驗(yàn)過程中使用風(fēng)扇對大棚外部溫度進(jìn)行模擬，試驗(yàn)分兩次進(jìn)行，每次實(shí)驗(yàn)記錄溫度變化的時間是8 h，結(jié)果如圖3,圖4所示。

從兩次結(jié)果可以看出，外部環(huán)境的溫度在-10 ℃～22 ℃范圍內(nèi)時，大棚里面的溫度在溫度控制系統(tǒng)控制下始終保持在28 ℃～23 ℃之間，因此溫度控制系統(tǒng)的控制效果相對較好，也進(jìn)一步驗(yàn)證了溫度控制系統(tǒng)的可行性。

4 結(jié)語

本文對蔬菜大棚溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究設(shè)計(jì)，在基于計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上對整個溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行探討。針對蔬菜大棚溫度控制問題，首先確定了溫度控制的目標(biāo)，并對整個系統(tǒng)構(gòu)架進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)；分析了整個溫度控制系統(tǒng)的控制原理，確定了溫度控制的原則，為之后的設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)思想；確定了系統(tǒng)的控制模塊；軟件設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，軟件是整個溫度控制系統(tǒng)的核心，軟件的質(zhì)量決定了整個系統(tǒng)的質(zhì)量，因此對軟件設(shè)計(jì)部分進(jìn)行了詳細(xì)的工作；最后以試驗(yàn)仿真來驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)的可行性。

[1] 段乃俠.蔬菜溫室大棚溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程,2015(12):52-55.

[2] 馬 駿.蔬菜大棚溫度電控系統(tǒng)的模糊控制研究[J].中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào),2015(1):128-131.

[3] 李先山.基PLC的蔬菜大棚溫度控制系統(tǒng)[J].蘭州工業(yè)高等專科學(xué)校學(xué)報(bào),2012(4):14-16.

[4] 賈芳云,王大為,屈 毅.蔬菜大棚PID溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2011(13):2746-2749.

[5] 李振東.蔬菜溫室大棚溫度控制系統(tǒng)[D].青島：中國海洋大學(xué),2010.

[6] 郭清華.蔬菜大棚智能溫度控制系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),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★:佳木斯大學(xué)校級重點(diǎn)項(xiàng)目《計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實(shí)施導(dǎo)師制的研究》(項(xiàng)目編號：2017LGL-009);佳木斯大學(xué)教研項(xiàng)目(2016JL1015);佳木斯大學(xué)學(xué)位與研究生教研項(xiàng)目(基于“產(chǎn)、學(xué)、研”的研究生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與實(shí)踐)

劉曉敏(1980- )，女，碩士，講師

張艷麗(1974- )，女，博士，講師

TP319

A