基于太陽能供電的溫室大棚智能管理系統設計

陳一鵬 任軒呈

摘 要：針對溫室大棚智能管理系統，闡述了太陽能供電、溫濕度檢測、溫濕度調節控制、CPU最小系統設計思路以及相應的軟件設計，通過調試與試驗驗證了設計方案的正確性，同時系統采用太陽能供電，解決了戶外溫室大棚供電困難的難題，具有一定的應用前景。

關鍵詞：溫室大棚；滴灌；太陽能；溫濕度調節

進入21世紀后，溫室環境控制技術在國內得到了較快的發展。總體上看，我國溫室農業的自動化水平及智能化技術程度與發達國家相比，還處于落后水平，并且與發達國家相比還存在著較大的差距。因此，研制適合我國農業發展國情的溫室大棚控制系統，具有重要意義。

1 系統總體設計方案

綜合考慮溫室大棚智能管理系統的要求、功能以及獲取電源困難等問題，采用太陽能供電方案，單片機為系統控制核心，對大棚的溫濕度實時監測，根據數據采集、處理結果，啟動滴灌系統或排風設備，圖1為系統總體方案框圖。

2 溫濕度傳感器選擇

溫室大棚的智能管理系統的性能源于溫室大棚溫濕度的精確檢測，為此本次設計根據實際情況，選擇了數字式溫濕度傳感器DHT11。DHT11數字溫濕度傳感器是單總線數據格式，硬件連接時只需將其數據引腳與CPU的I/O引腳直接相連即可。

3 溫濕度調節控制設計思想

溫濕度調節的執行設備主要是滴灌設備和排風設備，本次設計中采用太陽能直流方式供電，所以此次設計采用直流風機及直流電磁閥作為執行設備。電業安全工作規程中將電壓等級分為12V、24V、36V等，考慮到設計的適用性，采用12V的電磁閥實現滴灌控制功能，采用12V的風機實現排風功能。繼電器或場效應管都可以實現開關量控制，但繼電器式多應用于交流控制，場效應管多用于直流控制，因此采用了晶閘管60N06實現對風機與電磁閥控制。

4 CPU控制系統設計思想

溫室大棚智能管理系統主要是實時監測溫度與濕度，根據溫濕度情況控制滴灌開關或風機開關動作，系統對速度以及精度不是很高，為降低成本，提高系統的性價比，設計中采用ATMEL公司的89系列的AT89C52單片機作為系統的主控制CPU；為了實現對溫室大棚溫濕度閾值設定以及顯示，設計了相應的顯示電路及鍵盤電路，其中顯示部分采用液晶顯示器LCD1602，按鍵部分采用了4個獨立式按鍵結構。

5 太陽能發電電路設計思想

考慮到夜間以及陰天等因素，太陽能電池板給蓄電池充電，然后由蓄電池給系統供電，保證了供電的連續性。綜合考慮風機和電磁閥的工作電壓為12V，所以選擇了12V的鉛酸蓄電池；蓄電池的充電電壓要高于其工作電壓的20%～30%，系統總功率約為60W，所以采用100W的24V太陽能電池板。

考慮到24V的電壓等級，太陽能電池板電壓的高低電壓波動，所以在穩壓部分采取先將太陽能取得電壓降至23V，再將23V電壓升至30V作為充電電壓，降壓芯片及升壓芯片分別選擇lm2576和lm2577。

6 系統軟件思想

在軟件設計部分，首先初始化LCD1602顯示模塊，初始化界面顯示，然后對濕度進行處理判斷，如果濕度值小于設定值，則CPU發出控制命令，啟動滴灌系統中的電磁閥進行滴灌，否則跳過滴灌控制程序對溫度進行處理，如果溫度值大于設定值則CPU發出控制命令風機啟動進行通風降低溫度，否則跳過風機控制程序，采用脈寬調制（PWM）模式對電磁閥進行控制，從而實現滴灌節約水資源。

7 結論

針對溫室大棚智能管理系統，完成了太陽能供電電路、溫濕度檢測電路、溫濕度調節控制電路、CPU最小系統等部分設計與制作，并對系統進行了聯機調試，實踐運行結果證明了設計方案的正確性。

參考文獻：

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