基于自動控制技術的栽培設施研究

雷文全，魯剛強

（成都農業科技職業學院，四川 成都 611130）

隨著人們物質生活水平的不斷提升，觀光農業發展越來越好，對如何有效地管理大規模的植物業務提出了更高的要求。通常植物對肥水等栽培條件要求都比較嚴格，澆水不足時，易導致干旱，使葉子枯萎、脫落；澆水過多時，通氣又不好，容易引起根系腐爛、死亡。為了解決這些問題，我們設計出一種能根據植物的生長狀態實現自動溫濕度控制系統，該系統不僅可以根據設定條件自動對這些植物進行自動澆水 ，還可以根據植物不同的生長特點，在不同的季節調節溫濕度的設定值。

1 系統設計思路

基于自動控制技術的栽培設施的研究，目的是為了提高植物種植的管理效率，能按照用戶設定的溫濕度條件實現自動控制。利用溫濕度傳感器實時采集土壤的溫濕度，當采集到的溫濕度不在設定的范圍內時，實現自動澆水功能。基于自動控制技術的栽培設施研究，主要由單片機控制模塊、檢測模塊、電機模塊和顯示模塊等多個模塊構成。

2 硬件設計

單片機控制模塊為該系統核心組成部分，由于溫濕度我們采用的是無線傳輸方式，考慮內部RAM 能否夠用問題，所以選擇STC89C54RD+單片機作為控制元件。

2.1 溫濕度采集模塊

在土壤型溫濕度傳感器上，我們選擇的是具有防水功能的SHT11 傳感器，其濕度測量范圍：0 ～100%RH、溫度測量范圍：-40 ～+123.8℃、濕度測量精度：±3%RH、溫度測量精度：±0.4℃，全量程標定，兩線數字輸出，可以直接與單片機連接。其外形見圖1。

圖1 防水型SHT11

2.2 顯示模塊

在顯示模塊上，我們選擇的是12864 液晶顯示器，可能實現對植物土壤濕度、溫度信息的顯示。該顯示器具有功耗低、體積小、質量輕、超薄和可編程驅動等其他顯示方式無法比擬的優點，不僅可以顯示數字、字符，還可以顯示各種圖形、曲線及漢字，并且可實現屏幕上下左右滾動、動畫、閃爍、文本特征顯示等功能；人機界面更加友好，使用操作也更加靈活、方便。其與單片機的接口電路如圖2 所示。

圖2 12864 接口電路

2.3 按鍵模塊

按鍵模塊可以根據對不同植物、不同季節對同溫度、濕度的設定，使植物達到最佳的生長環境。其與單片機的接口電路如圖3 所示。

圖3 按鍵接口電路

2.4 執行機構模塊

當傳感器檢測到土壤溫濕度超過設定的值時，執行機構就會轉動起來為盆栽實現燒水處理，使植物的生長達到最佳的生長環境要求。我們選擇的是步科步進電機，其與單片機的接口電路如圖4 所示。

圖4 電機接口電路

3 軟件設計

軟件部分主要由主程序、數據采集程序、顯示程序、電機驅動程序和按鍵程序構成。在程序的設計過程中，我們采用模塊化編程方法，每個功能程序模塊都能完成某一明確的任務，實現具體的某個具體的功能。采用模塊化的程序設計方法，易于編寫、調試和修改；便于分工，可由多個程序員同時進行編寫調試；程序可讀性好，便于功能擴充和版本升級；程序的修改可局部進行，使用頻繁的子程序可以匯編成子程序庫，以便于多個模塊調用等（如圖5）。

圖5 實物圖

4 結語

基于自動控制技術的栽培設施，可以為人們提供了一種高效方便的盆栽管理方法，具有低功耗、低成本、高效益、智能化的特點。隨著我國經濟的快速發展、城市化建設步伐的加快，智能種植等新技術在農業、畜牧業、養殖業等行業和領域得到日益廣泛的應用，并取得了顯著的經濟效益和廣泛的社會效益。