智能农业温室控制系统

1 信息与电气工程学院

电子信息工程CDIO一级项目

（2014/2015学年第一学期）

题 目 ： 农业温室大棚智能监控系统

专业班级 ： 电子信息

学生姓名 ：

学 号：

指导教师 ： 马永强老师

设计周数 ： 16周（分散）

设计成绩 ：

2014年 12月 26 日

2 1 项目设计目的及任务

基于嵌入式和zigbee的农业温室大棚智能监控系统，该系统可以实时远程获取温室大棚内部的空气温湿度、土壤水分温度、二氧化碳浓度、光照强度等，通过模型分析，可以自动控制温室湿帘风机、喷淋滴灌、内外遮阳、顶窗侧窗、加温补光等设备。同时，系统还可以通过手机、计算机等信息终端向管理者推送实时监测信息、报警信息，实现温室大棚信息化、智能化远程管理，充分发挥物联网技术在设施农业生产中的作用保证温室大棚内环境最适宜作物生长实现精细化的管理，为作物的高产、优质、高效、生态、安全创造条件， 帮助客户提高效率、降低成本、增加收益。

2 项目设计背景

近年来，温室大棚种植为提高人们的生活水平带来极大的便利，得到了迅速的推广和应用，种植环境中的温度、湿度、光照度、2CO浓度等环境因子对作物的生产有很大的影响。传统的人工控制方式难以达到科学合理种植的要求，目前国内可以实现上述环境因子自动监控的系统还不多见，而引进国外具有多功能的大型连栋温室控制系统价格昂贵，不适合国情。

针对目前大棚发展的趋势，提出了一种大棚智能监控系统的设计，根据大棚智能监控的特殊性，需要传输大棚现场参数给管理者，并把管理者的命令下发到现场执行设备，同时又要使上级部门可随时通过互联网或者手机信息了解区域大棚的实时状况。基于GPRS的智能大棚监控系统使这些成为可能。

智慧温室大棚系统平台设计设计方案

智慧温室大棚系统平台设计方案

一、项目背景与需求分析

随着农业现代化的快速发展和人们对食品安全的要求不断提高，智慧温室大棚系统应运而生。该系统可以通过集成传感器、数据采集、监控与控制等技术手段，实现对温室环境参数的实时监测和智能控制。本设计方案基于以上需求，旨在设计一套智慧温室大棚系统平台，为用户提供便捷、高效、智能的管理和监控功能。

二、系统设计

1. 总体架构设计

系统采用分布式架构，主要包括以下模块：

- 传感器模块：包括温度、湿度、光照、CO2浓度等传感器，负责监测温室大棚环境参数；

- 数据采集模块：负责对传感器采集的数据进行处理和存储，并将数据传输给云端；

- 云端平台模块：负责接收和存储来自数据采集模块传输的数据，并提供数据分析和智能控制功能；

- 客户端模块：包括Web端和移动端，负责向用户展示温室大棚的环境参数和实时监控，并提供控制指令。

2. 温室环境监测与控制 - 温室环境监测：通过部署多个传感器监测温室大棚的温度、湿度、光照、CO2浓度等参数，并将实时采集的数据传输给数据采集模块；

- 温室环境控制：根据用户设定的参数和系统自动诊断分析的结果，控制温室大棚的通风、加湿、灌溉等设备，保持温室环境在最佳状态。

3. 数据采集与传输

- 数据采集：由数据采集模块对传感器采集的数据进行处理和存储，包括数据清洗、去噪和校准等工作；

- 数据传输：采用无线传输技术（如LoRa或NB-IoT），将采集到的数据传输到云端平台，确保数据的实时性和稳定性。

4. 云端平台

- 数据存储：接收并存储来自数据采集模块传输的数据，采用可扩展的分布式数据库技术，确保存储容量和性能的可靠性和扩展性；

- 数据分析：根据存储的数据进行大数据分析和机器学习，结合温室大棚的历史数据和实时数据，为用户提供准确的环境参数预测和作物生长模型；

- 智能控制：根据用户设定的参数和系统分析的结果，通过控制指令，控制温室大棚的灌溉、通风、加湿等设备，实现智能化的环境控制。

什么是智能温室大棚

概述：

智能化温室，通常简称连栋温室或者现代温室，它是设施农业中的高级类型，拥有综合环境控制系统，利用该系统可以直接调节室内温、光、水、肥、气等诸多因素，可以实现全年高产、稳步精细蔬菜、花卉，经济效益好。近几年随着蔬菜大棚建设的快速发展，智能温室为农业发展带来了推动力。智能温室的控制一般由信号采集系统、中心计算机、控制系统三大部分组成。

智能温室的定义和优势：

温室大棚内温度、湿度、光照强弱以及土壤的温度和含水量等因素，对温室的作物生长起着关键性作用。温室自动化控制系统是以PLC为核心，采用计算机集散网络控制结构对温室，温室自动化控制系统，温室自动化控制系统内的空气温度、土壤温度、相对湿度、CO2浓度、土壤水份、光照强度、水流量以及PH值、EC值等参数进行实时自动调节、检测，创造植物生长的最佳环境，使温室内的环境接近人工设想的理想值，以满足温室作物生长发育的需求。[2] 适用于种苗繁育、高产种植、名贵珍稀花卉培养等场地，以增加温室产品产量，提高劳动生产率。是高科技成果为规模化生产的现代农业服务的成功范例。

计算机操作人员根据种植作物所需求的数据及控制参数输入计算机，系统即可实现无人自动操作，计算机采集的各项数据准确的显示、统计，为专家决策提供可靠依据。控制柜设有手动/自动切换开关，必要时可进行手动控制操作。

与传统的人工的控制相比，智能控制最大的好处就是能够相对恒定的控制大棚内部的环境，对于环境要求比较高的植物来说，更能避免因为人为因素而造成生产损失。

相对生产来说，将温室大棚监测控制系统应用到大棚生产以后，产量与质量比人工控制的大棚都有极大的提高，对于不同的种植品种而言，提高产量与质量相对不同，对于档次较高的经济作物来说，生产效率可以提高30%以上。相对运行成本来的核算，对于有一定规模的种植企业来说，极大的降低了劳动力成本，设备的投入与运行，可以完全由节约下来的劳动力成本中核算出来，使用时间越长，光节约的劳动力成本就是一笔巨大的利润。

基于单片机的智能温室控制系统设计

随着科技的发展和人类对生活品质的追求，农业领域对智能温室控制系统的需求也日益增加。这种控制系统能够提供更精确的环境控制，提高作物产量和质量，降低能源消耗，并实现农业生产的自动化和智能化。本文将探讨基于单片机的智能温室控制系统设计的可能性。

一、系统需求分析

智能温室控制系统需要监控和调节温室内的环境因素，包括温度、湿度、光照、CO2浓度等。单片机作为一种微型计算机，具有体积小、价格低、可靠性高等优点，适合用于构建智能温室控制系统。

二、硬件设计

1、单片机选择：根据实际需求，选择合适的单片机作为主控芯片。例如，STM32单片机具有丰富的外设和强大的处理能力，适合用于构建复杂的控制系统。

2、传感器模块：选择合适的传感器来监测温室内的环境因素。例如，温度传感器可以监测温室内的温度，湿度传感器可以监测温室内的湿度。 3、执行器模块：根据控制需要，选择适当的执行器来调节温室环境。例如，电动阀可以调节温室内的温度，水泵可以调节温室内的湿度。

4、人机界面：设计合适的人机界面，以便用户可以直观地查看和控制温室环境。

三、软件设计

1、算法设计：根据控制需要，设计合适的控制算法来控制执行器的动作。例如，模糊控制算法可以用于温度控制，以实现更精确的温度调节。

2、程序编写：使用合适的编程语言编写程序，实现控制算法和控制逻辑。

3、数据处理：通过数据分析处理模块对传感器数据进行处理分析，为控制算法提供准确的环境数据输入。

四、系统测试与优化

1、硬件测试：对硬件电路进行测试，确保传感器、执行器和人机界面等设备能够正常工作。

2、软件测试：在硬件测试通过后，进行软件测试，确保软件程序能够正常运行并实现预期的控制效果。

3、系统优化：根据测试结果，对系统进行优化和改进，以提高系统的性能和稳定性。

4、用户反馈：收集用户反馈意见，对系统进行进一步优化和改进，以满足用户需求。

五、结论