CN204679887U - 一种温室自动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种温室自动控制系统，涉及农业自动控制技术领域。包括信号采集模块、芯片处理器模块、输出控制模块、显示电路模块和人机接口电路模块，信号采集模块将信号采集后传输到芯片处理器模块进行处理，芯片处理器模块将处理后的信号传输到显示电路模块，人机接口电路模块包括键盘电路模块和通信接口模块，通信接口模块还连接有上位机，上位机通过通信接口模块可对芯片处理模块进行指令输入控制，芯片处理器模块可将处理后的信号传输给执行机构模块，执行机构模块包括天/侧窗、加热装置、风机、加湿装置和遮阳网，本实用新型通过传感技术和单片机控制的结合，实现了对温室内温度、湿度等参数的监控，方便直观，易于控制，可扩展性好。
Description
技术领域
本实用新型涉及农业自动控制技术领域，尤其涉及一种温室自动控制系统。
背景技术
国家在“十五”攻关项目中启动了“温室环境智能控制关键技术研究与开发″课题；2001年，国家“863”计划包含有“可控环境农业生产技术”，研究内容包含研制可控环境自动控制系统、信息自动采集系统等；2003年国家计委启动了“设施农业技术集成产业化示范″课题；国家自然科学基金生命科学部对设施园艺也设立了重点项目，可见温室业的发展越来越受到重视。目前我国温室的建造面积(包括大棚)已跃居世界第一位，已成为世界上最大的蔬菜保护地生产区域。其中大型温室的发展规模不断壮大、势头迅猛，形成了一定的产业规模。
但是，目前温室环境控制还存在技术水平低、现代化管理程度不高、温室环境监测条件差等缺点，目前市场上出现的，多是单因子控制器，比如温度控制器、湿度控制器、温湿度控制器等，也有一些国外的大公司生产的智能温室监控系统或控制器，但一般价格昂贵，对于大部份农民来说还是可望不可及的。因此，为了提高温室的自动化程度和普及率，实现农作物的优质、高效和高产，开发和研制温室环境智能监控系统是十分必要的。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种温室自动控制系统，通过传感技术和单片机控制的结合，实现对温室主要环境因子的综合测控。
为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种温室自动控制系统，包括信号采集模块、芯片处理器模块、输出控制模块、显示电路模块和人机接口电路模块，信号采集模块将信号采集后传输到芯片处理器模块进行处理，芯片处理器模块将处理后的信号传输到显示电路模块，人机接口电路模块包括键盘电路模块和通信接口模块，通信接口模块还连接有上位机，上位机通过通信接口模块可对芯片处理模块进行指令输入控制，芯片处理器模块可将处理后的信号传输给执行机构模块，执行机构模块包括天/侧窗、加热装置、风机、加湿装置和遮阳网，信号采集模块包括温度采集电路、湿度采集电路、光度采集电路和CO2采集电路。
优选的，所述芯片处理器模块为PIC16F877A单片机芯片，所述芯片处理器模块还连接有报警电路摸块，报警电路模块为蜂鸣器。
优选的，所述温度采集电路采用型号为DS18B20的温度传感器，且与PIC16F877A单片机芯片的I/O引脚连接；所述湿度采集电路包括空气湿度采集电路和土壤湿度采集电路，空气湿度采集电路采用HIH-3610集成湿度传感器，且与PIC16F877A单片机芯片的模拟量输入端口连接，土壤湿度采集电路采用LT/TR土壤湿度传感器，并将采集的信号传送达到PIC16F877A单片机芯片，所述光度采集电路采用LT/G光照度传感器，并将采集的信号传送达到PIC16F877A单片机芯片，所述CO2采集电路采用红外线CO2传感器，并将采集的信号传送达到PIC16F877A单片机芯片。
优选的，所述键盘电路模块包括0-9、A、B、C、D、E和F键，棚为10个数字键；A键显示各通道测量值；B键显示、设定各通道上限值；C键显示、设定各通道下限值；D键为切换键，实现对温室各环境参数的切换；E键为显示、查看、修改结束键；F键为小数点。
优选的，所述显示电路模块为LED数码管显示器，并与PIC16F877A单片机芯片连接。
优选的，所述输出控制模块包括输出控制电路，所述输出控制电路主要采用74LS06反向器、TLP521光电耦合器、三极管和固态继电器构成输出控制电路。
优选的，所述通信接口模块采用RS-232接口电路，PIC16F877A单片机芯片通信接口引脚通过MAX232将TTL/COMS数据转化为RS-232数据。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本实用新型通过传感技术和单片机控制的结合，实现了对温室内温度、湿度等参数的监控。整个系统方便直观，易于控制，可扩展性好；采用两级控制的设计方法，由上位机和下位机构成。上位机实现对温室的统一管理；下位PIC单片机可完成温室的数据采集、显示、报警和设备控制等功能，并可以在无上位机的情况下独立运行，实现对环境因子的测控。
附图说明
图1是本实用新型原理框图；
图2是本实用新型的温度采集电路图；
图3是本实用新型的空气湿度采集电路图；
图4是本实用新型的报警电路图；
图5是本实用新型的输出控制电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
如图1所示，本实用新型是一种温室自动控制系统，包括信号采集模块、芯片处理器模块、输出控制模块、显示电路模块和人机接口电路模块，信号采集模块将信号采集后传输到芯片处理器模块进行处理，芯片处理器模块将处理后的信号传输到显示电路模块，人机接口电路模块包括键盘电路模块和通信接口模块，通信接口模块还连接有上位机，上位机通过通信接口模块可对芯片处理模块进行指令输入控制，芯片处理器模块可将处理后的信号传输给执行机构模块，执行机构模块包括天/侧窗、加热装置、风机、加湿装置和遮阳网，信号采集模块包括温度采集电路、湿度采集电路、光度采集电路和CO2采集电路。系统可根据室内温度、湿度等参数的变化，按照预先设定的条件通过自动控制实现对天/侧窗、风机、遮阳网、加热加湿等设备的自动控制，调控温室的气候环境，以满足作物生长需要。
如图2所示，所述的温度采集电路采用型号为DS18B20的温度传感器，且与PIC16F877A单片机芯片的I/O引脚连接；DS18820与单片机的连接有两种方法，一种是Vcc接外部电源，GND接地，I/O引脚与单片机的I/O线相连；另一种是用寄生电源供电，此时VDD、GND接地，I/O接单片I/O引脚。无论是内部寄生电源还是外部供电，当传感器DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有较强的上拉，上拉开启时间最大为10us，这样处理丁可以有效地降低功耗。
如图3所示，所述湿度采集电路包括空气湿度采集电路和土壤湿度采集电路，空气湿度采集电路采用HIH-3610集成湿度传感器，且与PIC16F877A单片机芯片的模拟量输入端口连接，本系统将HIH-3610的电压输出端与PIC16F877A的模拟量输入端口A连接，利用单片机内部10位A/D单元进行模/数转换，不需要外部A/D转换电路，并且具有较高的转换精度；土壤湿度采集电路采用LT/TR土壤湿度传感器，并将采集的信号传送达到PIC16F877A单片机芯片，LT/TR土壤湿度传感器，它具有精度高，量程宽，输入线电阻高，稳定性好，体积小，安装方便等特点。
如图4所示，所述芯片处理器模块为PIC16F877A单片机芯片，所述芯片处理器模块还连接有报警电路摸块，报警电路模块为蜂鸣器；本监测系统采用声音报警。当温室的某环境因子超出设定的上下限参数时，扬声器会发出声音进行报警，提醒工作人员检查原因并采取相应措施解决问题。
如图5所示，所述输出控制模块包括输出控制电路，所述输出控制电路主要采用74LS06反向器、TLP521光电耦合器、三极管和固态继电器构成输出控制电路。本测控系统的输出端口采用了固态继电器SSR来实现控制回路(输入端)的弱电信号与负载回路(输出端)的强电负载驱动之间数字地与模拟地的隔离及信号藕合。固态继电器SSR是一种无触点通断电子开关，为四端有源器件。其中两个端子为输入控制端，另外两端为输出受控端，中间采用光电隔离，作为输入输出之间电气隔离(浮空)。在输入端加上直流或脉冲信号，输出端就能从关断状态转变成导通状态(无信号时呈阻断状态)，从而控制较大负载。它有一系列机械继电器不具备的优点，即工作高可靠、长寿命；无动作噪声；耐振耐机械冲击；安装位置无限制；很容易用绝缘防水材料灌封做成全密封形式，而且具有良好的防潮防霉防腐性能；在防爆和防止臭氧污染方面的性能也极佳。当PIC的RD2输出为高电平时，光耦元件导通，且输出为高电平，此时，三极管形成有效偏置导通，继电器吸合；反之，当RD2输出为低电平时，三极管截止，继电器则释放。其中，并联的二极管IN4001起保护作用，当三极管由导通变为截止时，继电器线圈产生很高的反电势，以继续维持电流，由于该反电势一般很高，容易造成三极管的击穿，加入二极管后，为该反电势提供了放电回路，从而保护了三极管。
本实用新型通过传感技术和单片机控制的结合，实现了对温室内温度、湿度等参数的监控.整个系统方便直观，易于控制，可扩展性好；采用两级控制的设计方法，由上位机和下位机构成。上位机实现对温室的统一管理；下位PIC单片机可完成温室的数据采集、显示、报警和设备控制等功能，并可以在无上位机的情况下独立运行，实现对环境因子的测控。
Claims (7)
1.一种温室自动控制系统，其特征在于：包括信号采集模块、芯片处理器模块、输出控制模块、显示电路模块和人机接口电路模块，信号采集模块将信号采集后传输到芯片处理器模块进行处理，芯片处理器模块将处理后的信号传输到显示电路模块，人机接口电路模块包括键盘电路模块和通信接口模块，通信接口模块还连接有上位机，上位机通过通信接口模块可对芯片处理模块进行指令输入控制，芯片处理器模块可将处理后的信号传输给执行机构模块，执行机构模块包括天/侧窗、加热装置、风机、加湿装置和遮阳网，信号采集模块包括温度采集电路、湿度采集电路、光度采集电路和CO2采集电路。
2.根据权利要求1所述的一种温室自动控制系统，其特征在于：所述芯片处理器模块为PIC16F877A单片机芯片，所述芯片处理器模块还连接有报警电路摸块，报警电路模块为蜂鸣器。
3.根据权利要求1或2所述的一种温室自动控制系统，其特征在于：所述温度采集电路采用型号为DS18B20的温度传感器，且与PIC16F877A单片机芯片的I/O引脚连接；所述湿度采集电路包括空气湿度采集电路和土壤湿度采集电路，空气湿度采集电路采用HIH-3610集成湿度传感器，且与PIC16F877A单片机芯片的模拟量输入端口连接，土壤湿度采集电路采用LT/TR土壤湿度传感器，并将采集的信号传送达到PIC16F877A单片机芯片，所述光度采集电路采用LT/G光照度传感器，并将采集的信号传送达到PIC16F877A单片机芯片，所述CO2采集电路采用红外线CO2传感器，并将采集的信号传送达到PIC16F877A单片机芯片。
4.根据权利要求1或2所述的一种温室自动控制系统，其特征在于：所述键盘电路模块包括0-9、A、B、C、D、E和F键，所述键盘电路模块分别为10个数字键；A键显示各通道测量值；B键显示、设定各通道上限值；C键显示、设定各通道下限值；D键为切换键，实现对温室各环境参数的切换；E键为显示、查看、修改结束键；F键为小数点。
5.根据权利要求1或2所述的一种温室自动控制系统，其特征在于：所述显示电路模块为LED数码管显示器，并与PIC16F877A单片机芯片连接。
6.根据权利要求1或2所述的一种温室自动控制系统，其特征在于：所述输出控制模 块包括输出控制电路，所述输出控制电路主要采用74LS06反向器、TLP521光电耦合器、三极管和固态继电器构成输出控制电路。
7.根据权利要求1或2所述的一种温室自动控制系统，其特征在于：所述通信接口模块采用RS-232接口电路，PIC16F877A单片机芯片通信接口引脚通过MAX232将TTL/COMS数据转化为RS-232数据。
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