花卉温室大棚智能控制系统设计分析

莫莉莉

（广西钦州农业学校，广西钦州 530099）

在植物种植过程中，其生长、发育与所处的环境密切相关，在现代农业发展过程中，最重要的就是通过调整植物所处环境的温度、湿度，来改变植物的生长发育规律，以获得更多的收益。温室大棚作为现代农业的重要支柱，也在逐步朝着智能化的方向迈进。在种植花卉的温室大棚中采用智能控制系统，能够严格控制温室内的环境条件，根据需求改变花卉的生长规律，为花卉打造最为适宜的环境，促使花卉良好生长，从而实现经济收益。

1 花卉温室大棚智能控制系统概述

温室是用来培植观赏植物不可或缺的重要设施，花卉的品种不同，对环境温度、湿度、光照时间及通风程度的要求都各不相同。花卉温室大棚就是为其提供一个更适合生长的、能够满足其各方面条件的密闭型环境，来改变花卉的花期［1］。为了进一步提高温室大棚的作用和智能化程度，近年来，计算机系统开始应用于温室的智能控制。智能化的温室大棚控制系统可以通过对花卉生长需求信息的提前录入，对温室大棚随时进行自动加热或降温、增湿及通风工作。这种可以计算机技术为基础，根据情况随时对温室大棚内条件进行调整，实现自动化控制的温室智能控制系统，是高级技术应用于植物栽培行业的体现。

温室智能控制系统结合了计算机信息技术、自动控制技术和微电子技术，利用各种类型的传感器对温室中各种不同的数据进行采集、分析，并作出预警。温室的智能控制技术主要依靠温湿度传感器来感知温室大棚内温度以及湿度的变化，当大棚内的温湿度超出预定范围时会向控制终端发出信号，再利用单片机的传导系统发出警报。

2 花卉温室大棚控制系统发展概况

温室大棚是一种可以保护植物在生长过程中不受季节变化和恶劣气候影响的封闭性场所，为了保证透光性，由便于采光的覆盖材料为主要结构，可使得植物在低温环境下健康生长或者是不适合露天栽培的植物顺利生长。在花卉种植过程中采用温室大棚的最终目标是调节花卉的开放时间，而温室智能控制系统的核心是实现对棚内环境的控制。温室控制系统大致经历了3 个发展阶段。

2.1 手动控制阶段

在温室技术发展的最初阶段，并没有完全意义上的控制系统，主要依靠有经验的种植者对温室的温湿度和植物的生长状况进行观察分析，通过手动调节来实现温室环境的改变。在这一过程中，种植者是温室环境系统的核心。富有经验的种植者对于植物生长状况的判断是最直接有效的，是传统农业生产的基本方式。但是在大规模种植的背景下，手动控制的劳动生产率明显无法适应农场化的种植需求，而且高素质的种植者数量较少，无法满足当前的社会需求［2］。

2.2 自动控制阶段

随着计算机技术的不断发展，自动控制系统逐渐开始应用在温室大棚控制系统中。在计算机系统中提前录入在温室内种植的植物生长所需要的温度、湿度数据，计算机根据传感器测量的温室内的温度及湿度与预先设定好的范围进行对比，决定是否需要对相应的构件进行控制，实现加热、降温或是通风、增湿的目的。利用计算机系统实现对温室大棚的控制，标志着温室控制技术已经实现自动化，监控过程不再依靠人力，提高了劳动效率，适宜在大规模生产的情况下展开应用。但是这种自动化的温室控制系统依靠的是事先记录在计算机系统中的具体数据，无法根据植物的实际生长状况及时调整环境条件，无法进一步通过分析植物的生长规律来实现内在生长调节。

2.3 智能化控制阶段

通过长期的生产实践，对农业种植领域内各类知识、技术和不同生产数据进行收集分析整理，建立了植物生长数据库，并以此为依据，研发出了一套适用于不同植物生长的温室智能控制系统。目前，国内常见的大棚温室智能控制系统都是采用工控机控制或者是采用可编程控制器（PLC）来实现，但这种系统价格较高，无法在温室大棚使用户中进行大规模推广。一套具有推广价值的智能控制系统，要充分考虑到用户的经济能力，在尽可能控制成本的情况下实现劳动生产率的提高［3］。

3 花卉温室大棚智能控制系统的设计分析

为了提高花卉温室大棚控制系统的智能化程度，提高生产效率，当务之急是设计一套既能满足用户需求，又能节约成本的温室大棚智能控制系统。针对这一需求，设计开发了利用STC89C58RD 与单片机打造的低成本高效率温室大棚智能化控制系统。

3.1 方案设计

花卉的生长需要特定的环境，只有湿度、温度和光照时间都能够满足花卉的生长需求，才能保障花卉健康生长并开放。在自然环境中，昼夜更替和四季变换都对花卉的生长极为不利，无法为花卉生长提供稳定的环境。当前的温室大棚控制系统中的遮阳系统、通风系统、升温系统、采光系统及增湿系统等，都可以为花卉的生长提供有力支持。如何科学合理地把这些相关设备进行配套运作，需要完善的软硬件系统。本方案就是尝试用一般的电子元件来打造一套价格相对较低，但精度高且方便操作的花卉温室大棚智能控制系统。系统利用单片机对温室大棚内的温湿度、光照度等数据进行不间断测量，并随时对测量结果进行分析计算，随之进行调整，主要的控制器除了可以进行数据实时测量分析外，还可以对数据进行储存。在使用过程中，借助温室大棚内已经安装的各类传感器对棚内的各类环境因素进行检测，随后传输回主控制器的中央处理中，与系统中预先设定的各类数值进行比较，经过对数据的判断之后迅速作出反应，对结果进行处理，随后再将中央处理器处理过的结果反馈至终端控制器，实现对各种环境因素的调节［4］。

3.2 系统的硬件设备构成

整个温室大棚的智能控制系统使用了模块化的设计，硬件设备包括各类环境数据采集所需要的传感器、单片机和控制装置。传感器将采集到的具体数据转换发送到单片机，单片机对数据读取之后经过对比分析，把要执行的措施命令传达到终端控制器，实现对环境的调节。

3.3 温室大棚内设备的构成

除去核心的中央处理器以外，温室内还需要有各类设备对数据进行采集，最重要的就是传感器。传感器负责对各种参数进行采集和传递，没有这些终端设备，就无法继续下一步工作。一套完整的温室大棚智能控制系统中有多个传感器，最基本的温度传感器用来探测棚内温度；湿度传感器可以调节控制湿度，湿度如果能够科学合理控制，就能大幅降低各类疫病的发生；光照传感器能够感受不同时段大棚内的透光情况；土壤水分传感器可以检测土壤某一时段内的含水量。除此之外，还有二氧化碳传感器，可是随时对棚内空气的含氧量进行反馈。

3.4 温室大棚的软件系统

温室大棚的软件系统由单片机的程序系统和微机的程序系统组成。单片机的功能由三大模块实现：采集模块、控制模块、通讯模块。采集模块主要是对各传感器传回的温室大棚内的各类参数信号进行采集，然后经输入端送回单片机，转化为数字信号后送到89C58 进行下一步分析处理。控制模块的控制范围比较广，包括温度控制、湿度控制、光照控制和土壤湿度控制4 部分，根据不同的控制指令来完成各项操作［5］。通讯模块则是把实时采集的参量上传到上位机，同时接收上位机传回的信号，主要作用是实现上位机与单片机的通讯，便于用户管理。微机的软件功能由4 部分组成：动态显示模块、控制模块、数据库模块和通信模块，工作原理与单片机类似。

4 结语

我国花卉栽培面积较大，随着日光温室生产技术的迅速发展，北方地区甚至是东北地区的温室大棚应用越来越广。为了实现资源集约型的高效农业生产方式，温室大棚的智能控制系统不断变革，随着计算机技术、网络信息技术和智能控制技术的不断发展，温室大棚智能控制系统也将不断创新，进而提高生产效率，增加经济效益。