摘要：民以食为天，全面建成小康社会世纪目标几近实现，社会矛盾也变化为人们日益增长的美好生活需求和不平衡不充分的发展之间的矛盾。对于生长在大西北的人们来说，温室大棚成为了保证冬季绿色蔬菜供给的重要生活保证设施。但由于现有的温室大棚自动化程度低、设施简陋，很大程度上造成了人力物力和土地资源的浪费。本文针对这一问题提出了一种基于嵌入式开发技术的温室大棚控制系统设计方法，有效解决了温度控制自动化、湿度控制自动化和光照强度控制自动化问题，既提高了生产效率也提升了生产安全。
关键词：嵌入式开发技术；温室大棚；自动控制系统
中图分类号：TP29 文献标识码：A
古语有云“民以食为天”。在全面建成小康社会世纪目标几近实现，社会矛盾也变化为人们日益增长的美好生活需求和不平衡不充分的发展之间的矛盾的今天，人们早已不为吃饱发愁而是为怎么吃更好、更健康在考虑。随着全国公路、铁路、航运和飞机四位一体交通网络不断完善，全国资源自由调配已不再是空中楼阁那么遥不可及，在此次疫情期间我国的物资供应就经受住了艰难的考验。但对于蔬菜和时令水果要实现全国任意调配确实成本太高、代价太大，若非必要确不可行。因此，局部地区实现自我物资供应和保障在社会不断发展进步的今天显得尤为重要。温室大棚就是一个在漫长冬期保障北方地区人民蔬菜瓜果供应的重要设施[1-3]。但由于现有的温室大棚自动化程度低、设施简陋，很大程度上造成了人力物力和土地资源的浪费。本文针对这一问题提出了一种基于嵌入式开发技术的温室大棚控制系统设计方法。
1.温室大棚主要控制参数分析
万物生长靠太阳。对于植物而言，影响其生长的主要因素有：光照、温度、水、肥料[4-5]。
光照是作物进行光合作用供给养分的重要因素，直接影响产品的产量和质量。传统的调整光照的方法是人工收放覆盖在大棚顶部的遮阳卷帘，受限于大棚的建筑结构以往的这项工作在一定程度上有很大的坠落安全隐患。
温度（这里主要指气温），作物在适宜的温度不仅生命活动旺盛，而且生长发育迅速。温度过高或过低都会影响作物的正常生长，严重的还将会导致作物枯死。传统的温室大棚温度调节方法是，通过人工观察放置在大棚内固定位置的温度计，温度高了收起部分遮阳卷帘进行通风；温度低了放下遮阳卷帘启动加热装置（如：热风炉、暖气等）。
水是生命之源，是作物生长的基本保证。但不同的作物对水量的需求不同，就是同一作物在不同生长阶段对水量的需求也不相同。温室大棚主要是通过加装喷雾装置调节湿度间接调整水量。但当喷雾装置无法保证水量供给时，依据人工种植经验手动浇水。
肥料指的是作物生长所需的矿物元素或能被土中微生物分解间接供给作物所需矿物元素的物质。肥料施加的及不及时是决定作物在各个生长阶段健康生长的关键。温室大棚种植过程中肥料的施加主要取决于人工种植经验由人工调整。
综上分析可知，在影响作物生长的因素当中有些因素如肥料施加是很难实现自动控制的，就算实现也需要大量设置土壤矿物含量检测仪，造价投入太大失去温室大棚种植这一普通性的本质。所以，本文只针对光照、温度和水的供给设计自动控制系统。
2.温室大棚控制系统的硬件设计
本文基于工业应用成熟的52系列中的STC89C52单片机进行控制系统的设计。
2.1温度、湿度控制系统设计
在社会实际生产中温度和湿度是两个相关性很高的变量，监测装置也多为一体式设计。因此，本文选用DHT11温湿度传感器作为温室大棚温度和水的检测装置。
该装置在使用时要注意当连接线长度小于20米时建议使用5K上拉电阻；当连接线大于20米时可根据实际情况放上适宜的上拉电阻。
2.2报警电路设计
本文采用了蜂鸣器来对低温和湿度过低进行报警，以及时的提醒农户温度和湿度数值过低。
蜂鸣器报警利用单片机的一个输出端口控制，蜂鸣器一个电源端连接+5V，另一个端口与单片机的输出端相连。一般输出端口发出高电平时，蜂鸣器不响应。
2.3光照控制系统
针对传统光照控制方式的安全问题本文采用步进电机来完成保温帘的升起和降落。本文选择28BYJ-48步进电机作为驱动元件，但其与单片机不可直接连接，需要利用ULN2003步进电机芯片来控制步进电机的运行。
步进电机对保温帘的升降取决于外部阳光的强弱，当光照强时打开保温帘；当光照低时放下保温帘。因此对光照强度的检测尤为必要。本文选用四线制光敏电阻传感器进行光照强度的检测。
2.4温室大棚控制系统设计电路图
将上述各个子系统设计完成后就组装出了温室大棚控制系统设计电路图。
3.温室大棚控制系统软件部分设计
本文选用Keil uVision4软件完成控制程序的编写。此软件可先用C语言进行程序编写，编写完成后可将C语言转化为汇编语言下载到单片机中进行调试。
3.1 温度控制系统程序设计
当温度超过设定高值时排风扇打开为大棚内进行降温；当温度降下来后风扇自动关闭。当温度低于最低温度时，可听报警被触发，同时小灯也会不断地闪烁报警，提醒需要进行升温，当温度恢复到适当的范围时，警报将自动停止。
3.2 湿度控制系统程序设计
首先根据作物生长需要设置湿度的最高值和最低值。湿度传感器将湿度值变换成模拟量电信号并发送到单片机A/D转换模块，通过程序比较看是否在设置的范围内。具体分为两种状况：
1）如果湿度高于湿度设置的最高值，单片机就将启动风扇进行通风降低湿度，当湿度恢复到设定范围内风扇将停止运转。
2）如果湿度低于湿度设置的最低值，就启动蜂鸣器和打开LED小灯进行报警，种植者听到后可以将水阀打开进行灌溉，在湿度的测量值恢复到适宜的范围内蜂鸣器和小灯会自动关闭。
3.3 光照控制系统程序设计
光敏电阻传感器将光照的强度采集并转换后发送至单片机A/D转换模块，程序再根据所设置的控制范围来判断步进电机正转还是反转，从而带动保温卷帘进行升降。程序设置两个值，分别为30%和80%。当光敏传感器监测光照强度小于30%时步进电机反转将保温卷帘放下，可对温室大棚进行保温。当光敏传感器监测光照强度大于80%时步进电机正转，步进电机带动保温卷帘卷起，增强大棚内的光强。
4.结论
本文针对传统温室大棚自动化程度低、安全隐患大的问题基于STC单片机设计了温室大棚的自动控制系统，实现了光照、温度、湿度等作物生长重要影响因素的自动控制，能有效提高作物产量提高土地利用率。特别是针对南疆地区冬季雪量少、耕地闲置进而导致沙化等地方有很高的推广应用价值。
参考文献
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