基于太陽(yáng)能供電的溫室環(huán)境智能監控系統
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2．2 智能監控模塊
智能監控模塊的主要部分為傳感器模塊、A／D轉換模塊、微處理器以及各因子的控制設備。
2．2．1 傳感器的選取
測溫設備選擇SLST系列數字傳感器，它是采用美國Dallas半導體公司的DS18B20數字化溫度傳感器，為不銹鋼外殼封裝，防水防潮，且具有高靈敏度和極小溫度延遲，現場(chǎng)溫度以“一線(xiàn)總線(xiàn)”的數字方式傳輸，大大提高了系統的抗干擾性能。其測溫范圍為-55～+125℃，溫度準確度為±0．5℃，可直接將溫度轉換為串行數字信號供單片機處理。溫室內濕度的測量采用JCJ100MH濕度變送器，其采用高精度濕敏電容進(jìn)行測量，具有靈敏度高、穩定性好、準確度高和使用壽命長(cháng)等特點(diǎn)。其工作環(huán)境為-40～80℃，輸出電壓范圍為0～5 V，濕度測量范圍為0～100％，均滿(mǎn)足溫室測量的需求。土壤濕度的測量采用高精度土壤水分傳感器，它采用世界先進(jìn)技術(shù)的土壤濕度傳感器，精密、可靠、耐
用，可直接連接至數據采集器，可長(cháng)期埋設在地下任意深度，連續測量，其測量范圍為0～100％，工作電壓為7～15 V，輸出0～1．1 V的電壓信號，可經(jīng)適當放大后供A／D轉換。光照度的測定可以采用KITOZER系統光照度變送器。該種變送器以對弱光也有較高靈敏度的硅蘭光伏探測器為傳感器，具有測量范圍寬、線(xiàn)性度好、防水性能好、傳輸距離遠等特點(diǎn)，其工作電壓為12～30 V，測量范圍為0～200 000 LUX，支持二線(xiàn)制4～20 mA電流輸出、三線(xiàn)制0～5 V電壓輸出、液晶顯示輸出以及RS 232，RS 485網(wǎng)絡(luò )輸出，適合在溫室大棚環(huán)境下使用。CO2濃度的測定可采用FIGARO公司生產(chǎn)的TGS4160，它是一種固態(tài)電化學(xué)型CO2傳感器，具有體積小，壽命長(cháng)，選擇性和穩定性好等特性。因為它的預熱時(shí)間較長(cháng)，故適合在室溫下長(cháng)時(shí)間通電連續工作。它的測量范圍為0～5 000 ppm，使用壽命2 000天，內部含有熱敏電阻起補償作用。通過(guò)各傳感器獲得電信號，經(jīng)A／D轉換后輸入單片機與所需要的設定值相比較，然后控制相應的設備來(lái)對各因子進(jìn)行調節。
2．2．2 各生長(cháng)因子的控制
農作物生長(cháng)因子主要是指溫度、濕度、CO2濃度以及光照。
溫度 升溫設備可以采用熱水鍋爐、燃油鍋爐、太陽(yáng)能加熱器等，鑒于室外太陽(yáng)能資源充足，白天可采用太陽(yáng)能加熱器加熱，實(shí)現光能向熱能的直接轉換，在太陽(yáng)不足時(shí)，采取電加熱器，由蓄電池組供電。降溫設備采用濕簾風(fēng)機，其中通風(fēng)設備采取強制通風(fēng)的方式，即利用風(fēng)機產(chǎn)生風(fēng)壓強制空氣流動(dòng)降溫，濕簾是利用水蒸發(fā)吸熱的原理來(lái)降溫，二者的結合作用能力強，效果穩定。
濕度 當實(shí)際濕度低于所需要濕度時(shí)，可以通過(guò)控制安裝在大棚頂端的噴嘴來(lái)實(shí)現，通過(guò)噴霧來(lái)提高濕度，同時(shí)又不至于使得濕度過(guò)大。當濕度過(guò)高，則可以通過(guò)通風(fēng)來(lái)降低，這是利用濕度差來(lái)進(jìn)行室內外的空氣交換實(shí)現。
CO2濃度 CO2的濃度直接影響著(zhù)農作物的產(chǎn)量與質(zhì)量，合適的CO2濃度可能達到40％～200％的增產(chǎn)。大氣中的CO2濃度僅為350 ppm，在溫室中需要提高CO2濃度，可利用CO2發(fā)生器來(lái)實(shí)現，采用化學(xué)反應、燃煤、燃氣等方式來(lái)產(chǎn)生CO2，當CO2濃度過(guò)低時(shí)，即可通過(guò)控制CO2發(fā)生器的開(kāi)關(guān)來(lái)提高。當濃度過(guò)高時(shí)，通過(guò)打開(kāi)通風(fēng)機即可。
光照 光照的控制設備為遮陽(yáng)設備和補光設備，當光照過(guò)強時(shí)，可借助遮陽(yáng)設備來(lái)實(shí)現，當光照過(guò)弱時(shí)，可利用補光燈來(lái)實(shí)現，而且補光燈開(kāi)啟的數量受外界光照的影響，最終達到較為合適的光照強度。
2．2．3 A／D轉換
A／D轉換采用TLC1549，將各傳感器所采集的模擬電信號轉換為數字量輸入單片機進(jìn)行處理，對各因子加以控制。TLC1549為逐次比較型10位A／D變換器，其片內自動(dòng)產(chǎn)生轉換時(shí)間脈沖。轉換時(shí)間小于21μs。其具有固有的采樣保持電路，終端兼容TLC549，TLV549，采用CMOS工藝，有2個(gè)數字輸入和1個(gè)三態(tài)輸出，可和微處理器直接相連。
2．2．4 軟件實(shí)現
該系統中所采用的單片機可以選擇51／52系列單片機，如AT89C51。通過(guò)單片機編程來(lái)實(shí)現對各種設備開(kāi)關(guān)的控制，其控制流程圖如圖5所示。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/200607.htm
3 結語(yǔ)
該系統實(shí)現了對太陽(yáng)能資源的有效利用，采用MPPT和自跟蹤系統來(lái)實(shí)現高效率轉換，且可以較好地智能控制農作物各生長(cháng)因子，使得農作物生長(cháng)在最為合適的環(huán)境中，大大提高了農作物的產(chǎn)量與質(zhì)量。本文中所涉及的只是單間溫室的智能控制，然而可以通過(guò)通信接口RS 232與上位機進(jìn)行通信，實(shí)現集散控制，這樣可以大大提高總體工作效率。
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