農(nóng)業(yè)溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)的整體設(shè)計方案（包括軟硬件實現(xiàn)）

技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀：

現(xiàn)代溫室中常見的能自動控制的調(diào)控機構(gòu)有:頂部通風(fēng)窗、側(cè)面通風(fēng)窗、外遮陽簾幕、內(nèi)遮陽簾幕、軸流通風(fēng)機、降溫濕簾、人工補光燈、二氧化碳施肥器、加熱設(shè)備、噴霧系統(tǒng)及熏蒸設(shè)備?？刂破骶C合調(diào)節(jié)各個機構(gòu)，使系統(tǒng)在運行中節(jié)約能源的同時保證室內(nèi)氣候滿足植物生長需求。使用的控制器可以有很多選擇，如單片機、工控機、PLC、通用PC機等。控制器之間可以通過局域網(wǎng)或現(xiàn)場總線進行信息交換。國內(nèi)外研究學(xué)者對控制系統(tǒng)和控制算法做了大量的研究。

我國溫室產(chǎn)業(yè)起步比較晚。自70年代末起，我國先后從日本、美國、荷蘭和保加利亞等國引進了40套左右的現(xiàn)代化溫室成套設(shè)備。雖然這些溫室技術(shù)領(lǐng)先、設(shè)備先進，但在我國的使用過程中還存在較嚴(yán)重問題，主要有以下幾點:引進價格高，運行經(jīng)濟效益差;技術(shù)要求過高，要求經(jīng)營者既要懂農(nóng)業(yè)技術(shù)，熟悉英文，還要掌握電腦操作和機械運營和維護;運營模式?jīng)]有與中國的實際結(jié)合起來，不適合于我國的氣候特征。所以，研究開發(fā)符合我國國情、產(chǎn)生明顯經(jīng)濟效益并適用于大范圍推廣應(yīng)用的自動控制溫室系統(tǒng)己經(jīng)迫在眉睫?；谝陨系姆N種原因，我國的農(nóng)業(yè)工程技術(shù)人員在吸收發(fā)達國家高科技溫室生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，進行了溫室中溫度、濕度、光照等單因子控制技術(shù)的研究，并逐步推出既適宜我國經(jīng)濟發(fā)展水平又能滿足不同生態(tài)氣候條件要求的溫室控制系統(tǒng)。

二、需求分析

2.1 功能要求

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

用戶可以通過上位機軟件、手機短信，查詢大棚溫度、濕度和水位并控制大棚薄膜、排風(fēng)口、進出水閥、加熱器的打開與關(guān)閉。主控器將溫度、濕度和水位等信息發(fā)送至上位機軟件或用戶手機。也可將溫度和水位調(diào)整至設(shè)定值,實現(xiàn)閉環(huán)控制，從而實現(xiàn)了對農(nóng)業(yè)大棚的高效管理、對自然資源的高效利用。用戶也可以通過網(wǎng)址訪問大棚的情況，通過網(wǎng)絡(luò)來對大棚實施監(jiān)控。

網(wǎng)絡(luò)部分我們將使用AT32UC3A0512片內(nèi)集成的10/100 Mbps的以太網(wǎng)MAC接口來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控。初步方案，我們將網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)單獨用一個單片機來實現(xiàn)，再通過UART來實現(xiàn)個模塊間的數(shù)據(jù)的交互。不過在不影響主控單片機的反應(yīng)速率和執(zhí)行效率下，我們會盡量把網(wǎng)絡(luò)部分和主控部分集成在一塊單片機內(nèi)，以此來降低產(chǎn)品的成本與功耗。