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104农机使用与维修2019年第8期基于单片机的无土栽培智能控制系统设计杨晓晨，吴其(沈阳工学院信息与控制学院，辽宁抚顺113122)摘要：以STC89C52单片机为控制中心，系统采用LCD12864作为可视化模块，同时配有A/D转换模块、继电器模块以及nrf905无线传输模块组成。
通过系统控制继电器对环境进行控制，调节湿度温度等信息，进行无土栽培控制。
关键词：STC89C51单片机；nr®5传输模块；无土栽培中图分类号：S668文献标识码:A doi：10.14031/ki.njwx.2019.08.067发展农业现代化离不开电子技术的快速发展,农业生产正在向着机械化、智能化、遥控化方向发展，利用电子技术增加产量的同时减少成本，如今可用单片机及各类检测模块更加精准地进行检测分析，使我国的农业技术得到快速的发展。
1系统概述本文所介绍的是一款可以采集空气温度、湿度、光照以及培养液PH值的智能系统，同时通过无线传输模式将检测信息传输给控制中心，通过LCD12864显示屏进行信息显示。
系统所涉及的是STC89C52单片机作为最小系统,同时配有传感器的信号采集模块、A/D转换模块、LCD 显示模块、继电器模块以及无线传输模块。
1.1系统功能设计通过nrf905进行无线传输，将检测的空气温湿度、光照和培养液浓度传输给LCD12864液晶显示屏中。
通过按键模块进行远程控制，对继电器进行远程控制，当检测的浓度低于设定值，系统分析需要浇水时，通过继电器控制水阀运转进行浇水。
系统可以通过远端的PC 机上的组态软件对继电器进行控制，实现可以远程控制功能。
1.2系统的组成本文的设计系统主要由单片机的最小系统和传感器模块、信息采集及数据转换模块、液晶显示模块、继电器模块和nr®05无线传输模块组成。
单片机最小系统选用的是STC89C52单片机，传感器模块选用的是温湿度传感器，信号采集电路选择的是DS18B20温度测量电路，并使用ADC0831在湿敏电阻上执行模数转换，并对光敏电阻进行模数转换⑴。
智能应用引言无土栽培是解决部分地区用地紧张的一种立体种植方式，它一般采用大棚种植，能很好地解决反季节种植的难度，降低农药使用率，是生态农业的关键一环。
无土栽培植物的生长环境是液体，里面主要是水和营养液，植物不断吸收营养液的成分后营养液的浓度会降低，但水份的蒸发又会导致浓度升高，营养液浓度测定是无土栽培技术的难点。
下面介绍一项营养液浓度测量的方法，采用Arduino传感器板组建营养液浓度自动调节系统，降低植物生长过程中人工干预的难度，能有效监测植物生长环境，把种植成本降低。
1.解决营养液浓度测量关键技术无土栽培中营养液的浓度直接影响植物生长的好坏，每一种植物配的营养液浓度是需要调配的，植物生命周期中不同阶段的营养液浓度要求也不同。
把营养液浓度控制在上下限值之间，是最简单的控制方法。
由于营养液成分复杂，其浓度不能直接测量，需要通过间接方法获得。
曾尝试用密度来反映植物水体环境营养液的浓度，但水质随着水的蒸发以及根系代谢物的增加会让测量准确率大大降低。
如果采用开环控制，凭借经验让控制装置控制自动加营养液的时间，没有了反馈会让植物的生长环境监测可控性降低，导致营养液成本的增加。
液体中电离的盐类溶液浓度，直接影响营养液的成分和作物根系对各种元素的吸收，电导率反映离子导电能力，因此采用电导率反映营养液浓度是优先选用的方法。
2.控制原理根据闭环控制的设计思路，控制原理图如图1所示，浓度设定值与营养液电导率在电导率测量仪中形成比较，测量仪将控制信号输出给控制器进行处理并控制外围的营养液抽取装置。
图2是系统结构图，自动水体循环装置是外置的，其作用是让无土栽培的液体可以在流动中保持营养液浓度均匀。
Arduino控制板作为控制的中心部件，接收电导率分析结果并控制营养液自动配比。
由于营养液上下限值比较靠近，如果把信号直接送入Arduino板的模拟信号端再由Arduino处理，虽节省了成本，但Arduino本身对电流/电压信号的区分度不高，不能准确区分营养液给定值与上下限值之间的电流变化，因此采用电导率测量仪对营养液浓度进行检测是为了使检测更准确。
无土栽培是一种种植作物的新型方式，它逐渐受到人们的关注和喜爱。
而无土栽培中使用的营养液控制系统及方法，更是成为了无土栽培中关键的一环。
本文将介绍一种无土栽培用营养液控制系统及方法，希望能够为无土栽培爱好者提供一些帮助和参考。
一、背景无土栽培是一种无需土壤的种植方式，通过水培和营养液来满足植物的生长需求。
相比传统的土壤栽培，无土栽培更环保、更节水、更高效，因此受到了越来越多人的青睐。
而营养液控制系统及方法，则是无土栽培中至关重要的一环，它直接影响着作物的生长和产量。
二、无土栽培用营养液控制系统的原理1. 营养液配制：无土栽培用营养液控制系统需要进行营养液的配制。
合理的营养液配方对植物的生长起着关键作用，需要根据不同种类的植物和不同生长阶段的需求进行精准配比。
2. 营养液供给：无土栽培用营养液控制系统还需要实现对植物的精准供给。
这需要通过系统化的设备来进行控制，确保营养液的浓度、PH 值等参数在合适的范围内。
3. 营养液循环利用：无土栽培用营养液控制系统还需要实现对营养液的循环利用。
这不仅可以减少水资源的浪费，还可以提高养分利用率，降低种植成本。
三、无土栽培用营养液控制系统的方法1. 设备选购：要实现无土栽培用营养液控制系统，首先需要购物相应的设备。
如PH值控制设备、浓度控制设备、循环水泵等。
2. 系统架设：需要根据实际情况进行系统的架设和安装。
确保系统的每个部分可以正常运行，并且能够进行互相配合。
3. 参数设定：需要对系统的参数进行设定。
包括营养液的配比、PH值的设定、循环水泵的运行时间等。
4. 系统监测：接下来，需要对系统进行监测。
定期检查系统的运行状态，确保系统稳定运行。
5. 系统调整：根据植物的生长情况，需要对系统进行调整。
保证植物能够得到最适合的营养和生长环境。
四、总结无土栽培用营养液控制系统及方法是无土栽培中不可或缺的一部分，它直接影响着作物的生长和产量。
我们需要认真对待无土栽培用营养液控制系统的建设和运行，确保作物能够得到最好的生长环境，从而获得丰硕的收成。
开发和评估无土栽培番茄生产中的灌溉施肥自动控制系统文章信息文章历史Received 21 October 2013Received in revised form 27 January 2014Accepted 1 February 2014关键词:植物蒸腾作用电导率水分利用率营养输送系统无土栽培温室摘要自动控制系统的开发是为了在无土栽培番茄生产中实时制备和应用营养液。
这个控制策略是基于通过Penman–Monteith模型对蒸腾作用的评估和通过电导率的测量获得渗滤液浓度。
在温室条件下用沙作培养基栽培番茄时对灌溉施肥系统性能进行了评估。
商业作物产量是4.74 kg m -2，所有溶于番茄果实中的物质的甜度平均是4.50 °Brix。
开发的这个控制系统使番茄栽培的水分利用率为17.94kgm-3。
生产1kg的番茄果实必须要44.42L的营养液。
该系统在调节施肥灌溉周期的频率和控制制备营养液的浓度中是非常效率的，有助于减少关于污水处理的环境问题和节约肥料和水资源。
2014 Elsevier B.V. All rights reserved. 1介绍对于大量的、高质量的蔬菜产品的需要，来满足世界人口不断增长的需求，说明了发展技术同步营养液的供给和需求以实现温室作物产量优是有道理的。
有关植物对水和营养吸收方面的知识，对于开发提供必要的水和营养物，最大化作物生长发展的控制策略至关重要。
根大部分摄入的水分在植物的蒸腾作用中流失，在温室条件下占了接近90%。
因此，控制灌溉频率，基于蒸腾速率的测量或估算，提供一个供给植物真正需水量的复杂方案。
通过zolnler et al,(2004)，就会对植物生产的自动化系统有很大兴趣。
温室的灌溉时间可以使用生长模型来优化，那就是通过使用蒸散模型模拟叶子区域扩张，能够模拟出农作物在整个成长阶段水分的消耗。
自动化控制系统已经被应用到几乎所有工程领域，并取得巨大成功。
农业研究农家参谋-85-NONG JIA CAN MOU无土栽培营养液循环灌溉系统的探讨王子聪 黄越 韩琳（沈阳工学院生命工程学院，辽宁抚顺，113122）【摘 要】伴随着现代科技的发展，植物栽培技术也得到了很大地提升。
值得一提的是，在植物栽培的过程中，营养液的循环灌溉技术也受到了人们很高的关注。
本文中对蔬菜无土栽培营养液循环灌溉系统的设计原理及结构、营养液的合理控制等等内容进行了科学的分析，进一步促进了无土栽培营养液循环灌溉系统的合理使用。
【关键词】无土栽培；营养液；循环灌溉；控制系统；使用在世界上的很多发达国家中，科学技术比较先进，资金力量充足，无土栽培技术已经在国内推广和普及。
而在我国这种发展中国家，农业技术落后。
虽然近几年国内的无土栽培技术在北京、上海、广东等大城市也得到了快速的发展。
值得一提的是，我国国内规模比较大的无土栽培基地——南京郊区和张家港郊区。
1 无土栽培和土壤栽培相比，利用无土栽培有以下几点好处。
第一，会使得作物产量高、品质好；第二，能够在很大程度上解放劳动力，获得更高的收益。
因此，这一技术获得了人们的重视。
但是因为新技术可能会存在着不成熟的问题，它的运行过程中，营养液需要人工补给、还会有其他不可控的自然条件出现，这些都会导致出现自动化程度不高、营养液搭配比例不合理、各方面条件调整不及时等问题出现。
2 研发无土栽培营养液循环灌溉系统的原因作物在大棚或者温室中，如果营养液的温度过低时，根部营养和水分就会吸收不足，这样也就无法为光合作用提供充足的养分和水分，导致作物生长缓慢甚至停滞。
而这个新的系统是在传统系统的基础上进行完善的，弥补了传统系统中存在的漏洞和问题，使其具备自动定时进行营养液灌溉、自动检测实时情况进行营养液温度的升降以及酸碱度的调整等。
3 对无土栽培营养液循环灌溉系统进行分析这个系统的核心是高性能的工业微机，其他部件分别是传感器、变送器、微机I/O 接口卡、设备驱动电路、执行机构和工业微机等等。
无土栽培营养液自给系统设计摘要：无土栽培营养液自给系统是一种利用流体力学、物理、生物等学科的知识，通过生物反应器、植物生长箱、微泵、传感器等设备，实现植物生长所需的营养液循环利用和自动化管理的新型栽培系统。
本文将介绍无土栽培营养液自给系统的设计思路、技术路线和实现方法，重点分析其应用前景和优势，在未来的绿色农业生产中具有广阔的发展空间和应用前景。
关键词：无土栽培；营养液；自给系统；流体力学；物理；生物正文：一、概述无土栽培营养液自给系统是一种先进的农业生产技术，它将流体力学、物理、生物等学科的知识应用到植物栽培中，通过生物反应器、植物生长箱、微泵、传感器等设备，实现植物生长所需的营养液循环利用和自动化管理，可以有效地减少土地的使用量，提高作物的产量和品质，使农业生产更加环保、高效和可持续。
二、设计思路无土栽培营养液自给系统的设计思路是在满足植物生长的基本需求（光、水、氧气和营养液）的前提下，尽可能减少能源消耗和污染排放，实现资源的最大利用和循环利用。
具体的技术路线包括：1、营养液制备利用光合作用生成的生物质能够被微生物降解为有机物质，从而用于营养液的准备。
这种方式比传统的化学合成方法要更环保、更安全，且可以充分利用农村废弃物等资源。
2、植物生长箱通过植物生长箱的设计和调节，可以实现对植物生长的控制和管理。
为了达到最优生长的条件，需要控制温度、光照和湿度，同时降低能耗和污染排放。
3、微泵和传感器微泵和传感器主要用于控制营养液的循环、调节植物生长环境、监测植物生长状况等方面。
微泵可以通过控制营养液的流量和压力来实现营养液的循环利用，传感器可以实时监测植物的生长状况和环境参数，从而实现对植物生长的精准控制和管理。
三、应用前景和优势无土栽培营养液自给系统具有以下几个显著的优势和应用前景：1、节省土地资源传统农业生产需要占用大量的土地资源，而无土栽培营养液自给系统可以在一定程度上解决这个问题。
通过空间规划和设备的适度布局，可以在相对较小的面积内实现高产高效的植物栽培。
无土栽培营养液自动控制系统的最佳方案设计摘要：分析了无土栽培养液配比设备的设计要求，给出设计要求表，并确定功能参数，进行功能分析后，建立功能结构，采用形态学矩阵法求解出多种方案，经加权评价后确定最佳自动控制系统设计方案．
关键词：无土栽培；自动控制；方案设计；营养液；形态学矩阵
引言
无土栽培是不用土壤栽培植物的一门新兴农业高新技术，它的出现和应用使农业种植、特别是非保护地栽培达到了高产、优质、高效的目标，因此受到世界各国，特别是发达国家的高度重视01．但无土栽培毕竞是农业科技发展到一定阶段的产物．它的应用应具备必要的设备和技术条件．在我国此项技术起步较晚，但随着改革开放和农业种植业结构的调整，无土栽培这一高新技术也日益受到重视，许多高校和科学院所相继开展了这一技术的研究，但许多关键技术尚未很的解决．其中营养液的自动配液及供液灌溉技术作为无土栽培技术的关键需深入研究m．研制适合于我国国情的营养液调配及供液控制设备，将是推动无土栽培技术推广的关键．它的实现对提高设施农业的效益有非常重要的影响．本文首先根据无土栽培养液配比设备(自动施肥机)的设计要求，建立设计要求表，确立总功能，进行功能分析后，建立功能结构，采用形态学矩阵法求解出多方案，经技术经济综合评价后确立最佳自动控制设计方案．
设计要求及功能结构分析
1．1设计要求明细表
无土栽培养液自动控制系统设计，应根据给定的母液(A和B)、酸(碱)及水自动配制成含农作物所需的营养成分的营养液．同时应满足农作物不同生长阶段适时调整营养液成分、供给量及供给时间，从而达到优质高产的目的…．如图l 所示，营养液是由母液A、母液B、酸(碱)以及水按一定比例配制而成．其成分的控制参数是电导率(Ec)和pH值…．其中电导率的大小表征溶液的离子浓度．pH 值的大小反映溶液的酸碱度．供液控制参数为时间，与环境温度、湿度及光合作用等具体情况有关．根据营养液成分控制参数(Ec、pHJ的控制精度和作物供液时间要求，参考国外同类设备的技术情况．新型自动施肥机的具体设计要求如表1．
图l营养液配渡供藏要求示意圈
1．2功能分析及总功能
将以上设计要求进一步抽象，分析设计对象的功能需求，确定出该设备的总
功能为自动配制成符合浓度(Ec)和pH值要求的营养液，并按要求进行灌溉．用黑箱理论描述如图2所示．其中母液A、母液B、酸(或碱)、水、按一定比例配制成(经黑箱后)标准营养液为物料流；电能及液压能为能量流；配制营养液过程中的各种控制信号、反馈信号以及供液过程中的控制信号组成信号流．
1功能结构建立
功能结构的建立是把总功能分解为子功能的过程，即加宽或细化黑箱的过程．将总功能分解为若干子功能，子功能间的关系即形成功能结构．此系统中由驱动元件提供能量给执行元件，并由系统器件控制执行机构实现系统功能的转换，信号流通过能量流来控制物料流以实现按一定比例配液．自动施肥机的功能结构如图3所示．
2方案设计
将功能结构进一步变异．改变各子功能的组合次序或连接方式，并匹配于适合的物理元件就产生了具体设计方案．将各功能元分别匹配于可能的物理元件构成一形态学矩阵6“(见表2)．
2．1多方案产生
总功能可姒分解为7个功能元，根据“发散”思维的原则寻求各功能元解，
得到多种方案组合，共3×2×2×2×3x3×3=648种．根据设计要求对多个方案筛选，剔除与设计要求明显不符的方案，如方案九-B：．c。
．D：．B．F：_G．．～工控机具有标准功能卡及接口，不能直接控制B：时间继电器，D：定量比泵国内无成型产品，所以经筛选最终得到以下3种有应用价值的优选方案-方案lA：．B：．c。
．D。
．E．．F，．Q；方案2：A：．Brc：-D--bF：-G，；方案3：A一一B；。
c：‘D，。
E：。
F1-G：
3最佳方案的确定
方案评价是选取最佳方案的依据．方案的评价方法有多种．如经验评价法、数学分析法和试验评价法等．其中数学分析法应用较广．本设计采用数学分析法中的技术经济综合评价法，由目标加权系数分配树确定加权系数∥，方案评分采用lo分制，评分表如表3．
方案的技术价由上式计算而得，方案的各项评分值加权平均，所得技术价彬越高，说明该方案可计算出各方案的技术价形．由分析结果可知方案3技术价最古t因通过对各项目的评价，可计算出各方案的技术图形由分忻可知此为最佳方案，从而可得到控制方案框图(图5)·
4结论
本文通过分析无土栽培营养液自控设备的设计要求，建立了该设备的功能结构，并由形态学矩阵法求得多个方案解．利用技术经济综合评价得出最佳设计方案．在此方案中，通过营养液浓度、pH值检测，并对采集的信号放大、转换处理，由主控单元(工控机)实现控制决策，进而驱动各种执行机构，实现各功能参数的控制．设计结果表明，按此方案设计的控制系统工作可靠，自动化程度、生产率等方面都具有优良的特性，较好的满足了设计要求．
托普物联网简介
托普物联网是浙江托普仪器有限公司旗下的重要项目。
浙江托普仪器是国内领先的农业仪器研发生产商，依据自身在农业领域的研发实力，和自主研发的配套设备，在农业物联网领域崭露头角！
托普物联网以客户需求为源头，结合现代农业科技、通信技术、计算机技术、GIS信息技术，以及物联网技术，竭诚为传统行业提供信息化、智能化的产品与端到端的解决方案。
主要有：大田种植智能解决方案、畜牧养殖管理解决方案、食品安全溯源解决方案、食用菌种植智能化管理解决方案、水产养殖管理解决方案、温室大棚智能控制解决方案等。
托普物联网三大系统产品
我们知道物联网主要包括三大层次，即感知层、传输层和应用层。
因此托普物联网产品主要以这三个层次延伸，涵盖了感知系统（环境监测传感设备）、传输系统（数据传输处理网络）、应用系统（终端智能控制平台。
）
托普物联网模块化智能集成系统
托普物联网依据自身研发优势，开发了多种模块化智能集成系统。
1、传感模块：即环境传感监测系统。
它依据各类传感设备可以完成整个园区或完成对异地园区所需数据监测的功能。
2、终端模块：即终端智能控制系统。
它可以完成整个园区或远程控制异地园区进行自动灌溉、自动降温、自动开启风机，自动补光及遮阳，自动卷帘，自动开窗关窗，自动液体肥料施肥、自动喷药等各类农业生产所需的自动控制。
3、视频监控模块：即实时视频监控系统。
主要是通过监控中心实时得到植物生长信息，在监控中心或异地互联网上既可随时看到作物的实时生长状况。
4、预警模块：即远程植保预警系统。
可以通过声光报警、短信报警、语音报警等方式进行预警。
5、溯源模块：即农产品安全溯源系统。
该系统对农产品从种植准备阶段、种植和培育阶段、生长阶段、收获阶段等对作物生长环境、喷药施肥情况、病虫害状
况等实施实时信息自动记录，有据可查，在储藏、运输、销售阶段采用二维码或者RFID射频技术对各个阶段数据记录，这样就能实现消费者拿到农产品时通过终端设备或网络就能查看到各类信息，才能放心食用。
6、作业模块：即中央控制室。
可通过总控室对整个区域情况进行监测，包括各个区域采集点参数、控制作业状态、实时视频图像、施肥喷药状况、报警信息等。
