基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計

楊國慶

摘 要：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及和應(yīng)用，AT89S52單片機已經(jīng)成為溫室大棚技術(shù)控制系統(tǒng)中的核心。AT89S52單片機主要的結(jié)構(gòu)是以主從或者雙單片機為主，負責(zé)數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)化以及防御系統(tǒng)的工作，進而獲取溫室大棚的溫度、濕度、土壤成分、CO2的濃度以及光照等方面的數(shù)據(jù)。而單片機的顯示輸出數(shù)據(jù)，通過控制灌溉系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)等調(diào)節(jié)溫室大棚的溫度、濕度以及光照等。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；溫室大棚；系統(tǒng)性能

中圖分類號：TP391.44 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）30-0079-02

1 概 述

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅猛發(fā)展的時代，新的技術(shù)越來越快地應(yīng)用到各個行業(yè)生產(chǎn)活動中，溫室大棚控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計也離不開物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)厥掖笈镏胁煌慕Y(jié)構(gòu)聯(lián)系起來，而聯(lián)系不同的結(jié)構(gòu)則需要現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信方式（Internet of things）作為中介技術(shù)。

從根本上來講，網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)就是將不同的物體（包括硬件和軟件）相聯(lián)系的一個綜合的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在農(nóng)業(yè)溫室大棚系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用省去了人工勞動，在系統(tǒng)內(nèi)的物體可通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)互相連接起來。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的溫室大棚控制系統(tǒng)的設(shè)計策略

從生產(chǎn)的角度來講，新技術(shù)的應(yīng)用主要是為了提高生產(chǎn)效率。但農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相結(jié)合還要考慮到技術(shù)應(yīng)用的成本。因此，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計溫室大棚控制系統(tǒng)要考慮到技術(shù)應(yīng)用成本以及溫室大棚控制系統(tǒng)的高效性能。基于各種因素考慮，設(shè)計策略如下：

MSP430主控制器在總體上將溫室大棚控制系統(tǒng)的各個結(jié)構(gòu)板塊聯(lián)結(jié)，提升控制系統(tǒng)的性能。MSP430主控制器在基礎(chǔ)上能夠協(xié)調(diào)各方，從全局上控制各個分系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)。在數(shù)據(jù)信息的搜集和處理技術(shù)上，系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)計A/D生成技術(shù)進行數(shù)據(jù)管理和信息處理，溫室大棚各個分系統(tǒng)能夠在一個共同的主控制器指令下進行分工合作，共同完成各個板塊的任務(wù)。外部數(shù)據(jù)SWTR系統(tǒng)將系統(tǒng)內(nèi)容的數(shù)據(jù)信息進行整理，建立系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息管理庫。

在此基礎(chǔ)上，外部數(shù)據(jù)SWTR系統(tǒng)能夠提取數(shù)據(jù)信息管理庫中的各項信息參數(shù)，調(diào)節(jié)溫度控制系統(tǒng)（比如加熱爐）、風(fēng)力控制系統(tǒng)（風(fēng)機）、灌溉系統(tǒng)（如噴灌或者滴管技術(shù)）以及照明系統(tǒng)（日光燈、熒光燈）等，此外，外部數(shù)據(jù)SWTR系統(tǒng)還能夠發(fā)出名利命令，控制各個分系統(tǒng)，這就能夠最及時地反應(yīng)溫室大棚內(nèi)部的各項數(shù)據(jù)情況，而且能夠及時優(yōu)化溫室大棚內(nèi)部的環(huán)境，提升農(nóng)作物的生長速率，改善農(nóng)作物的生長環(huán)境，使農(nóng)作物的成活率更高，最終提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。在這個設(shè)計策略中，設(shè)計理念是提升系統(tǒng)反應(yīng)的速度，提高溫室大棚控制系統(tǒng)的運作速率。從這個角度來講，我們要提高顯示器的反應(yīng)速度，而MSP430主控制器能夠在總體上控制液晶顯示器，也就是說，當(dāng)MSP430控制溫度控制系統(tǒng)（比如加熱爐）、風(fēng)力控制系統(tǒng)（風(fēng)機）、灌溉系統(tǒng)（如噴灌或者滴管技術(shù)）以及照明系統(tǒng)（日光燈、熒光燈）等等主要系統(tǒng)時，將這一系列系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭壕э@示器上，并且能夠以最快速度將數(shù)據(jù)顯示出來，然后有進行數(shù)據(jù)整理工作，這個過程中，從數(shù)九信息搜集到顯示的時間大大縮短，系統(tǒng)的反應(yīng)速度大大提高。在系統(tǒng)終端，可以設(shè)置4個端口，設(shè)置這4個端口主要目的是拓寬數(shù)據(jù)信息的傳輸渠道，MSP430主控制器能夠運用A/D生成技術(shù)將4個端口形成一個封閉的循環(huán)通道，數(shù)據(jù)信息在這個通道內(nèi)快速地生成。在系統(tǒng)調(diào)節(jié)板塊，我們運用TGS4160智能傳感器搜集溫室大棚CO2濃度信息。這個設(shè)計策略在技術(shù)上能夠充分利用物聯(lián)網(wǎng)信息的性能，最大限度地提升溫室大棚控制系統(tǒng)的總體性能?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計策略結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

3 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計策略分析

3.1 系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)分析

從技術(shù)優(yōu)化的層面來分析，溫室大棚控制系統(tǒng)的性能需要優(yōu)化不同的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。上文分析的設(shè)計策略是基于物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)的特點以及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的規(guī)律進行闡述的。就系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)來說，AT89S52單片機作為溫室大棚控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室大棚控制系統(tǒng)的核心控制器則是MSP430單片機，溫室大棚的關(guān)鍵控制技術(shù)則是改進版AT89S52單片機，運用改進版單片機技術(shù)有一個最大的優(yōu)點就是性能高，功能消耗比較少，運行成本也比較低。溫室大棚控制系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)將不同的結(jié)構(gòu)有效的聯(lián)系起來，提高整個系統(tǒng)的總體性能。

3.2 傳感器技術(shù)性能分析

從傳感器技術(shù)優(yōu)化的角度分析，溫室大棚控制系統(tǒng)總體上都改進了傳感器技術(shù)的性能，提高了數(shù)據(jù)檢測的精度。比如，溫室大棚的控制系統(tǒng)采用數(shù)字化傳感器技術(shù)，一般是運用SHT10智能化溫度和濕度控制傳感器對溫室大棚控制系統(tǒng)進行檢測。SHT10傳感器技術(shù)能夠?qū)⒖刂萍夹g(shù)最優(yōu)化，優(yōu)化溫室大棚內(nèi)部的環(huán)境，及時地將數(shù)據(jù)進行優(yōu)化整合。設(shè)計策略采用多向控制傳感技術(shù)，TMP275是傳感器的核心，它能夠?qū)崟r監(jiān)控溫室大棚內(nèi)部的空氣濕度以及土壤水分，保證農(nóng)作物能夠吸收到充足的水分，同時也能調(diào)節(jié)空氣的溫度和濕度。

3.3 系統(tǒng)性能分析

通過系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)分析，發(fā)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用在一定程度上提升了溫室大棚控制系統(tǒng)的性能。就傳感器技術(shù)而言，溫室大棚控制系統(tǒng)結(jié)合了現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的理念，因為DS18B20傳感器技術(shù)搜集溫室大棚內(nèi)部的數(shù)據(jù)信息，它減少了控制板塊的邊緣組件，快速傳輸檢測到的數(shù)據(jù)信息，減去了部分轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)。但是它忽略了溫室大棚控制系統(tǒng)的總體調(diào)節(jié)功能，不能有效地將整體的數(shù)據(jù)進行調(diào)節(jié)。從總體性能分析，每個設(shè)計策略都提高了系統(tǒng)性能，都有各自的特點。

4 溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計程序分析

本文所分析的溫室大棚控制系統(tǒng)主要是以現(xiàn)代傳感器和控制器技術(shù)為依托。溫室大棚控制系統(tǒng)的電路圖，如圖2所示，以及流程圖，如圖3所示的系統(tǒng)主要程序是以傳感器、控制器、通信系統(tǒng)以及下位機構(gòu)成，下位機連接主控制器，與控制器和傳感器形成閉路系統(tǒng)，互相聯(lián)通。如圖3所示，傳感器進行數(shù)據(jù)檢測并搜集數(shù)據(jù)，最終將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C。單片機作為控制器的主要儀器，分析傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并進行篩選，對于不符合要求的數(shù)據(jù)則繼續(xù)檢測下一類數(shù)據(jù)。比如，單片機在最開始時檢測濕度傳感器的數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)符合要求（Y），則分析土壤濕度傳感器的數(shù)據(jù)；如果不符合要求（N），則分析空氣溫度傳感器的數(shù)據(jù)，并且進入溫度控制器系統(tǒng)，調(diào)節(jié)溫度控制器的溫度，以使空氣溫度和濕度帶到合適的范圍。主系統(tǒng)程序就是以這樣的原理進行工作，使溫室大棚內(nèi)部的環(huán)境達到最佳。

5 結(jié) 語

本文分析基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計策略原理以及特點，旨在提升溫室大棚控制系統(tǒng)的總體性能。雖然不同的優(yōu)化策略都有優(yōu)缺點，但是它們提高了系統(tǒng)運轉(zhuǎn)效率。不論是AT89S52單片機技術(shù)還是MSP430單片機技術(shù)，它們都能在總體上調(diào)控各個系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)。此外，不同的傳感器技術(shù)也優(yōu)化了溫度控制系統(tǒng) 、風(fēng)力控制系統(tǒng)、灌溉系統(tǒng)以及照明系統(tǒng)的性能。

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