設(shè)施農(nóng)業(yè)太陽(yáng)能溫室大棚監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、設(shè)施農(nóng)業(yè)太陽(yáng)能溫室大棚監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：溫室環(huán)境系統(tǒng)是一個(gè)多變量、非線性、時(shí)變和滯后的系統(tǒng)。其中，空氣溫濕度、土壤濕度、濃度以及光照強(qiáng)度等環(huán)境因子的變化是最基本的變化，對(duì)農(nóng)業(yè)作物生長(zhǎng)的影響最為顯著。由于系統(tǒng)采用太陽(yáng)能供電，因而給出太陽(yáng)能電池的選擇以及充放電控制器的選擇考慮因素，具有普適性。太陽(yáng)能供電系統(tǒng)與單片機(jī)、傳感器配合，構(gòu)成溫室大棚數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并給出了整個(gè)系統(tǒng)裝置的軟件設(shè)計(jì)程序及框圖。關(guān)鍵詞：溫室大棚；太陽(yáng)能供電；單片機(jī)；數(shù)據(jù)采集0引言我國(guó)是世界農(nóng)業(yè)大國(guó)，隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)條件、投入程度、科技程度等不斷改進(jìn)，農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量大幅度增長(zhǎng)，但我國(guó)在農(nóng)業(yè)發(fā)展中仍面臨著許多的問(wèn)題與挑戰(zhàn)。實(shí)行符合我

2、國(guó)國(guó)情的生態(tài)農(nóng)業(yè)是促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。我國(guó)大部分地區(qū)尤其是偏遠(yuǎn)地區(qū)大多以家庭為單位種植，適合于我國(guó)的農(nóng)業(yè)智能溫室還需要進(jìn)一步的研究。為此，基于我國(guó)不同類(lèi)型溫室經(jīng)營(yíng)者的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平，研制出一種實(shí)用性強(qiáng)、市場(chǎng)前景好的溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。1太陽(yáng)能供電系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)溫室中，電源供電需要架設(shè)電線，而農(nóng)田中需要檢測(cè)的節(jié)點(diǎn)較多，并不適宜使用交流電源供電。本系統(tǒng)采用太陽(yáng)能供電，由太陽(yáng)能電池組件、太陽(yáng)能控制器、蓄電池搭建整個(gè)溫室的供電系統(tǒng)。利用太陽(yáng)能進(jìn)行能源轉(zhuǎn)化成電能儲(chǔ)存在蓄電池中，為溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)儀提供電能。太陽(yáng)能供電系統(tǒng)組成如圖所示。11太陽(yáng)能電池的選擇為了保證太陽(yáng)能電池組件的使用壽命（設(shè)計(jì)在年以上），蓄

3、電池容量能滿足設(shè)備負(fù)載天連續(xù)陰雨天供電。但是，從經(jīng)濟(jì)性上考慮，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)耗電量低，類(lèi)似于智能手機(jī)的供電方式，所以采用鋰電池的供電設(shè)計(jì)方案。蓄電池的容量對(duì)保證連續(xù)供電是很重要的。因?yàn)樵O(shè)備所需的電量都是由蓄電池提供的，太陽(yáng)能方陣每日所發(fā)電量都要存儲(chǔ)到蓄電池內(nèi)以供設(shè)備消耗，且每天太陽(yáng)能方陣需要多發(fā)出一部分電量存儲(chǔ)到蓄電池內(nèi)以備陰雨天使用。因此，蓄電池的容量Bc計(jì)算公式為BCA·QL·NL·TCC式中A安全系數(shù)，取之間；QL負(fù)載日平均耗電量，工作電流乘以日工作小時(shí)數(shù)，本裝置負(fù)載工作電流近似為暢，日工作小時(shí)數(shù)為，則QL暢；NL最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天數(shù)，根據(jù)北方的天氣特征，NL取即可

4、；T溫度修正系數(shù)，一般在以上取，以上取，以下取；CC蓄電池放電深度，一般鋰電池取。所以，蓄電池的選擇為，選用單體為，個(gè)串聯(lián)形成。12太陽(yáng)能電池方陣設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池方陣基本單元擬選定單組為，太陽(yáng)能電池板。需要太陽(yáng)能板的數(shù)量的計(jì)算：?jiǎn)螇K太陽(yáng)能板日發(fā)電量計(jì)算公式為月發(fā)電量功率×充電時(shí)間×綜合充電效率×損耗其中，單塊太陽(yáng)能板的功率為；充電時(shí)間，經(jīng)檢測(cè)為即可充滿；由于蓄電池本身充電不能達(dá)到，經(jīng)檢測(cè)，其綜合充電效率為。天總耗電量：負(fù)載天總耗電量逆變器效率NL× ×需要太陽(yáng)能電池板數(shù)量為天總耗電量單塊太陽(yáng)能板日耗電量塊，即共需要塊太陽(yáng)能電池板。13充放電控制器

5、的選擇及考慮因素雖然充放電控制器是太陽(yáng)能供電系統(tǒng)中價(jià)值最小的部分，但是它卻是整個(gè)太陽(yáng)能供電系統(tǒng)的核心控制部分。 一個(gè)先進(jìn)的充放電控制器，不僅具有基本的充放電控制功能，還需能夠控制太陽(yáng)能電池方陣盡可能多地吸收太陽(yáng)能，提高充放電效率，并且能夠防止蓄電池過(guò)充電以及深度放電，延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命等。 白天，太陽(yáng)能板所輸出的電能存儲(chǔ)在蓄電池里，同時(shí)供給負(fù)載使用；當(dāng)蓄電池電量達(dá)到規(guī)定限度時(shí)，它能夠停止對(duì)蓄電池充電，防止蓄電池過(guò)充。 晚上，它將蓄電池里存儲(chǔ)的電能供給負(fù)載使用，同時(shí)要防止反充電路對(duì)太陽(yáng)能板進(jìn)行充電；當(dāng)蓄電池電量不足時(shí)，及時(shí)切斷供電電路，防止蓄電池過(guò)放，從而起到保護(hù)蓄電池的作用。 本裝置選用的是

6、鋰電池，在選擇充放電控制器需要考慮以下幾點(diǎn)：）負(fù)載的最大功率。 只有當(dāng)太陽(yáng)能電池在整個(gè)工作過(guò)程中，近似的工作在其最大功率點(diǎn)處，太陽(yáng)電池板的能量轉(zhuǎn)換效率才最高。 故需要具有先進(jìn)的最大功率追蹤電路。）時(shí)控功能。 一個(gè)好的太陽(yáng)能充放電控制器要有好的時(shí)控功能。 當(dāng)充入的電量達(dá)到上限值時(shí)，能夠及時(shí)做出反應(yīng)，以保護(hù)蓄電池；當(dāng)放電電量達(dá)到下限時(shí)，要及時(shí)停止放電。）保護(hù)性能。 保護(hù)性能包括過(guò)充、過(guò)放、過(guò)載保護(hù)、短路反接等。 由于蓄電池大部分時(shí)間基本處于欠充狀態(tài)，因此對(duì)蓄電池電壓數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、對(duì)蓄電池設(shè)置限壓保護(hù)，并采用實(shí)時(shí)跟蹤計(jì)算與測(cè)試蓄電池電量，從而其采取防過(guò)充和過(guò)放保護(hù)是非常必要的。根據(jù)上述考慮因素，本裝

7、置選擇一個(gè)智能型太陽(yáng)能控制器，它具有過(guò)充、過(guò)放、過(guò)載保護(hù)和短路反接功能；同時(shí)有微電腦時(shí)間控制器和交直流輸出等優(yōu)點(diǎn)。2系統(tǒng)搭建本系統(tǒng)的硬件電路框圖如圖所示。 單片機(jī)選用美國(guó)公司生產(chǎn)的單片機(jī)。 為了實(shí)現(xiàn)溫室大棚內(nèi)各種參數(shù)的數(shù)據(jù)采集任務(wù)而使用的各種類(lèi)型傳感器如圖所示。通過(guò)集成的各種傳感器及監(jiān)測(cè)儀可以完成對(duì)溫室的環(huán)境溫度、濕度、光照度、土壤溫度和土壤含水量等參數(shù)的采集、存儲(chǔ)和向監(jiān)控中心傳送數(shù)據(jù)以及執(zhí)行監(jiān)控中心的指令等功能。監(jiān)測(cè)儀具有便攜式、自埋式設(shè)計(jì)、升降桿等特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于操作。監(jiān)測(cè)儀外形設(shè)計(jì)圖如圖所示。3軟件設(shè)計(jì)程序及框圖系統(tǒng)采集系統(tǒng)總程序流程圖如圖所示。主程序光敏濕度傳感器工作信號(hào)給標(biāo)準(zhǔn)電位

8、頭文件；*主函數(shù)*（）；（）（）；（）；（）；（）；（）；（）；（）；（）；（）；轉(zhuǎn)換初始化（）；處理土壤濕度數(shù)據(jù)；（）；處理土壤溫度數(shù)據(jù)；（）；（）；（）；（）；（）；（）；（）；（）；（）；處理光強(qiáng)函數(shù)（）；（）；（）；4結(jié)論進(jìn)行了溫室大棚單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。由于采用了面向工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)的單片機(jī)，故使得系統(tǒng)的可靠性大為增強(qiáng)，同時(shí)也降低了微機(jī)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的成本。本系統(tǒng)已進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，可批量生產(chǎn)，并可望在不久之后，大批應(yīng)用于溫室大棚中。參考文獻(xiàn)：李敏，孟臣溫室大棚計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的研制計(jì)算機(jī)與農(nóng)業(yè)，（）：張艷紅，張崇巍，張興，等一種新型光伏發(fā)電充放電控制器可再生能源，（）：楊金煥，于化叢，

9、葛亮太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)北京：電子工業(yè)出版社，附錄托普物聯(lián)網(wǎng)簡(jiǎn)介托普物聯(lián)網(wǎng)是浙江托普儀器有限公司旗下的重要項(xiàng)目。浙江托普儀器是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的農(nóng)業(yè)儀器研發(fā)生產(chǎn)商，依據(jù)自身在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研發(fā)實(shí)力，和自主研發(fā)的配套設(shè)備，在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域嶄露頭角！托普物聯(lián)網(wǎng)以客戶需求為源頭，結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、GIS信息技術(shù)，以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，竭誠(chéng)為傳統(tǒng)行業(yè)提供信息化、智能化的產(chǎn)品與端到端的解決方案。主要有：大田種植智能解決方案、畜牧養(yǎng)殖管理解決方案、食品安全溯源解決方案、食用菌種植智能化管理解決方案、水產(chǎn)養(yǎng)殖管理解決方案、溫室大棚智能控制解決方案等。托普物聯(lián)網(wǎng)三大系統(tǒng)產(chǎn)品我們知道物聯(lián)網(wǎng)主要包括三大層次

10、，即感知層、傳輸層和應(yīng)用層。因此托普物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品主要以這三個(gè)層次延伸，涵蓋了感知系統(tǒng)（環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備）、傳輸系統(tǒng)（數(shù)據(jù)傳輸處理網(wǎng)絡(luò)）、應(yīng)用系統(tǒng)（終端智能控制平臺(tái)。）托普物聯(lián)網(wǎng)模塊化智能集成系統(tǒng)托普物聯(lián)網(wǎng)依據(jù)自身研發(fā)優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)了多種模塊化智能集成系統(tǒng)。1、傳感模塊：即環(huán)境傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它依據(jù)各類(lèi)傳感設(shè)備可以完成整個(gè)園區(qū)或完成對(duì)異地園區(qū)所需數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的功能。2、終端模塊：即終端智能控制系統(tǒng)。它可以完成整個(gè)園區(qū)或遠(yuǎn)程控制異地園區(qū)進(jìn)行自動(dòng)灌溉、自動(dòng)降溫、自動(dòng)開(kāi)啟風(fēng)機(jī)，自動(dòng)補(bǔ)光及遮陽(yáng)，自動(dòng)卷簾，自動(dòng)開(kāi)窗關(guān)窗，自動(dòng)液體肥料施肥、自動(dòng)噴藥等各類(lèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的自動(dòng)控制。3、視頻監(jiān)控模塊：即實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。主要是通過(guò)監(jiān)控中心實(shí)時(shí)得到植物生長(zhǎng)信息，在監(jiān)控中心或異地互聯(lián)網(wǎng)上既可隨時(shí)看到作物的實(shí)時(shí)生長(zhǎng)狀況。4、預(yù)警模塊：即遠(yuǎn)程植保預(yù)警系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^(guò)聲光報(bào)警、短信報(bào)警、語(yǔ)音報(bào)警等方式進(jìn)行預(yù)警。5、溯源模塊：即農(nóng)產(chǎn)品安全溯源系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品從種植準(zhǔn)備階段、種植和培育階段、生長(zhǎng)階段、收獲階段等對(duì)作物生長(zhǎng)環(huán)境、噴藥施肥情況、病蟲(chóng)害狀