基于太阳能供电的温室大棚智能管理系统设计

陈一鹏 任轩呈

摘 要：针对温室大棚智能管理系统，阐述了太阳能供电、温湿度检测、温湿度调节控制、CPU最小系统设计思路以及相应的软件设计，通过调试与试验验证了设计方案的正确性，同时系统采用太阳能供电，解决了户外温室大棚供电困难的难题，具有一定的应用前景。

关键词：温室大棚；滴灌；太阳能；温湿度调节

进入21世纪后，温室环境控制技术在国内得到了较快的发展。总体上看，我国温室农业的自动化水平及智能化技术程度与发达国家相比，还处于落后水平，并且与发达国家相比还存在着较大的差距。因此，研制适合我国农业发展国情的温室大棚控制系统，具有重要意义。

1 系统总体设计方案

综合考虑温室大棚智能管理系统的要求、功能以及获取电源困难等问题，采用太阳能供电方案，单片机为系统控制核心，对大棚的温湿度实时监测，根据数据采集、处理结果，启动滴灌系统或排风设备，图1为系统总体方案框图。

2 温湿度传感器选择

温室大棚的智能管理系统的性能源于温室大棚温湿度的精确检测，为此本次设计根据实际情况，选择了数字式温湿度传感器DHT11。DHT11数字温湿度传感器是单总线数据格式，硬件连接时只需将其数据引脚与CPU的I/O引脚直接相连即可。

3 温湿度调节控制设计思想

温湿度调节的执行设备主要是滴灌设备和排风设备，本次设计中采用太阳能直流方式供电，所以此次设计采用直流风机及直流电磁阀作为执行设备。电业安全工作规程中将电压等级分为12V、24V、36V等，考虑到设计的适用性，采用12V的电磁阀实现滴灌控制功能，采用12V的风机实现排风功能。继电器或场效应管都可以实现开关量控制，但继电器式多应用于交流控制，场效应管多用于直流控制，因此采用了晶闸管60N06实现对风机与电磁阀控制。

4 CPU控制系统设计思想

温室大棚智能管理系统主要是实时监测温度与湿度，根据温湿度情况控制滴灌开关或风机开关动作，系统对速度以及精度不是很高，为降低成本，提高系统的性价比，设计中采用ATMEL公司的89系列的AT89C52单片机作为系统的主控制CPU；为了实现对温室大棚温湿度阈值设定以及显示，设计了相应的显示电路及键盘电路，其中显示部分采用液晶显示器LCD1602，按键部分采用了4个独立式按键结构。

5 太阳能发电电路设计思想

考虑到夜间以及阴天等因素，太阳能电池板给蓄电池充电，然后由蓄电池给系统供电，保证了供电的连续性。综合考虑风机和电磁阀的工作电压为12V，所以选择了12V的铅酸蓄电池；蓄电池的充电电压要高于其工作电压的20%～30%，系统总功率约为60W，所以采用100W的24V太阳能电池板。

考虑到24V的电压等级，太阳能电池板电压的高低电压波动，所以在稳压部分采取先将太阳能取得电压降至23V，再将23V电压升至30V作为充电电压，降压芯片及升压芯片分别选择lm2576和lm2577。

6 系统软件思想

在软件设计部分，首先初始化LCD1602显示模块，初始化界面显示，然后对湿度进行处理判断，如果湿度值小于设定值，则CPU发出控制命令，启动滴灌系统中的电磁阀进行滴灌，否则跳过滴灌控制程序对温度进行处理，如果温度值大于设定值则CPU发出控制命令风机启动进行通风降低温度，否则跳过风机控制程序，采用脉宽调制（PWM）模式对电磁阀进行控制，从而实现滴灌节约水资源。

7 结论

针对温室大棚智能管理系统，完成了太阳能供电电路、温湿度检测电路、温湿度调节控制电路、CPU最小系统等部分设计与制作，并对系统进行了联机调试，实践运行结果证明了设计方案的正确性。

参考文献：

[1] 李瑞生.地面光伏发电系统及应用.中国电力出版社，2011-5.

[2] 梅丽凤等.单片机原理及接口技术.第3版.清华大学出版社，2009-4.

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