魏艳波
哈尔滨石油学院 黑龙江 哈尔滨 150028
摘要:对于北方地区来说,每年的春耕前期,天气环境都不是特别好。严重影响部分地区的春耕进程,本设计为基于单片机的智能育苗系统,可以在一定程度上解决这些问题,抵抗一部分环境变化带来的影响。育苗系统可以采集育苗大棚内的温度、光照等信息,根据设定值,控制温度、光照,并且定时补充CO2,系统能将监测数据实时发送至用户端,从而能准确把握育苗环节各阶段环境参数的需求。本设计通过对育苗环境的改善,缩短育苗周期,节省人工成本,使育苗不受地域特点、环境因素所影响,为我国农业生产提供了更高效率、更低成本的育苗方式。
关键词:育苗;温度检测;光照检测
1、育苗系统设计的意义
我国是粮食产量大国,其中大部分是依靠人工栽种获得的。而在欧美等一些发达国家,已经拥有了工厂主动育苗,飞机播撒,施肥,联合收割等集群化操作的一整套流程。在国内,就水稻而言,全国综合机械化率80%,剩下未能机械化的部分就是育苗和播种。智能化育苗是农业生产自动化和机械化一个避不开的阶段。在北方,农业方面的机械化程度比南方高,但是育苗阶段依旧是人工操作,而且在育苗期间,自然环境更加恶劣。这就更需要一个自动化的育苗方式,来提高育苗的效率和节约人工成本,所以智能育苗的设计是非常有应用前景和市场需要的。
2、方案设计
智能育苗系统采用单片机为主控制芯片,采用温度传感器、光照传感器监测棚内的温度、光照等信息,利用温度控制模块、光源控制模块、CO2补充系统等控制棚内的温度、光照和CO2量,从而满足育苗的要求,将控制相应的利用WIFI模块将采集到的信息上传给用户查看,进行实时监控。系统的方案框图如图1所示。
图1 智能育苗系统设计方案图
该育苗自动控制系统功能如下:
(1)集中处理各种传感器所监测到的数据。监测到的环境数据传送到单片机中,而后单片机会先将数据上传,而后进行下一步操作。
(2)单片机将监测到的数据与预先设置的苗种最佳生存环境数据进行对比,如果出现异常环境参数,通过控制相应的控制模块,将参数调节到合适的环境参数。
(3)控制育苗棚内始终保持适宜的育苗环境参数。比如环境的温度的控制比例,无土栽培营养液的配比、棚内环境的光照等。
3、硬件设计
(1)单片机选型
考虑到智能智能育苗系统所要求的自动智能化集成度高、可靠性强、功耗低、及操作维护方面等特点,本次设计选用由美国INTEL公司生产的MCS-51系列单片机中的89C52单片机。该单片机是一款高性能8位单片机,具有哈佛总线通信结构,运算分析速率高、驱动能力强等优点,非常适合与工业控制、仪器仪表精确控制等领域,能够满足本设计的需求。
(2)温度传感器的选择
NTC温度传感器的电阻值会随着温度上升而迅速下降。其特点为实际尺寸十分灵活、灵敏度高、响应速度快、阻值和B值精度高、采用双层包封工艺、具有良好的绝缘密封性和抗机械碰撞能力,根据实际需求,选择了此类型温度传感器测量温度。
(3)光照传感器的选择
在分析了光电管、光耦合器、以及光敏电阻等光电探测器性能后,发现光敏电阻光敏电阻对光线十分敏感,在无光照时,呈高阻状态,暗电阻一般可达1.5MΩ,当有光照时,其电阻值减小,随着光照强度的升高,电阻值迅速降低,亮电阻值可小至1KΩ以下。因此,本次设计选用光敏电阻作为育苗大棚光照强度的主要采集单元。
(4)光线补充和CO2补充系统
光照和CO2是植物生长的重要因素,对于育苗系统中的光线补充模块,采用温室补光灯,它依照植物生长的自然规律,根据植物利用太阳光进行光合作用的原理,使用灯光代替太阳光来提供给温室植物生长发育所需光源。苗期是补充二氧化碳较佳的时期,对提高早期产量具有明显作用。另外,一天当中,补充二氧化碳最佳时间应在清晨棚室见光0.5至1.5小时后立即进行,以使设施内维持较高的二氧化碳水平。中午前后棚室设施内气温升高,光合作用增强,棚内苗极易出现“碳饥饿”现象,因此需及时补充二氧化碳。本设计中采用二氧化碳气肥发生器,利用单片机定时控制其工作时间。
4、软件编程设计
当育苗系统开始工作时,先进行系统初始化设置,然后判断是否到达定时时间,如果到达,则启动CO2气肥发生器,定时补充CO2。采集相应参数后需要通过WIFI模块传送出去,再来判断相应的参数是否超过设定值,如果超过,则启动相应的温度控制器件和补光灯。系统主程序流程图如图2所示。
魏艳波
哈尔滨石油学院 黑龙江 哈尔滨 150028
摘要:对于北方地区来说,每年的春耕前期,天气环境都不是特别好。严重影响部分地区的春耕进程,本设计为基于单片机的智能育苗系统,可以在一定程度上解决这些问题,抵抗一部分环境变化带来的影响。育苗系统可以采集育苗大棚内的温度、光照等信息,根据设定值,控制温度、光照,并且定时补充CO2,系统能将监测数据实时发送至用户端,从而能准确把握育苗环节各阶段环境参数的需求。本设计通过对育苗环境的改善,缩短育苗周期,节省人工成本,使育苗不受地域特点、环境因素所影响,为我国农业生产提供了更高效率、更低成本的育苗方式。
关键词:育苗;温度检测;光照检测
1、育苗系统设计的意义
我国是粮食产量大国,其中大部分是依靠人工栽种获得的。而在欧美等一些发达国家,已经拥有了工厂主动育苗,飞机播撒,施肥,联合收割等集群化操作的一整套流程。在国内,就水稻而言,全国综合机械化率80%,剩下未能机械化的部分就是育苗和播种。智能化育苗是农业生产自动化和机械化一个避不开的阶段。在北方,农业方面的机械化程度比南方高,但是育苗阶段依旧是人工操作,而且在育苗期间,自然环境更加恶劣。这就更需要一个自动化的育苗方式,来提高育苗的效率和节约人工成本,所以智能育苗的设计是非常有应用前景和市场需要的。
2、方案设计
智能育苗系统采用单片机为主控制芯片,采用温度传感器、光照传感器监测棚内的温度、光照等信息,利用温度控制模块、光源控制模块、CO2补充系统等控制棚内的温度、光照和CO2量,从而满足育苗的要求,将控制相应的利用WIFI模块将采集到的信息上传给用户查看,进行实时监控。系统的方案框图如图1所示。
该育苗自动控制系统功能如下:
(1)集中处理各种传感器所监测到的数据。监测到的环境数据传送到单片机中,而后单片机会先将数据上传,而后进行下一步操作。
(2)单片机将监测到的数据与预先设置的苗种最佳生存环境数据进行对比,如果出现异常环境参数,通过控制相应的控制模块,将参数调节到合适的环境参数。
(3)控制育苗棚内始终保持适宜的育苗环境参数。比如环境的温度的控制比例,无土栽培营养液的配比、棚内环境的光照等。
3、硬件设计
(1)单片机选型
考虑到智能智能育苗系统所要求的自动智能化集成度高、可靠性强、功耗低、及操作维护方面等特点,本次设计选用由美国INTEL公司生产的MCS-51系列单片机中的89C52单片机。该单片机是一款高性能8位单片机,具有哈佛总线通信结构,运算分析速率高、驱动能力强等优点,非常适合与工业控制、仪器仪表精确控制等领域,能够满足本设计的需求。
(2)温度传感器的选择
NTC温度传感器的电阻值会随着温度上升而迅速下降。其特点为实际尺寸十分灵活、灵敏度高、响应速度快、阻值和B值精度高、采用双层包封工艺、具有良好的绝缘密封性和抗机械碰撞能力,根据实际需求,选择了此类型温度传感器测量温度。
(3)光照传感器的选择
在分析了光电管、光耦合器、以及光敏电阻等光电探测器性能后,发现光敏电阻光敏电阻对光线十分敏感,在无光照时,呈高阻状态,暗电阻一般可达1.5MΩ,当有光照时,其电阻值减小,随着光照强度的升高,电阻值迅速降低,亮电阻值可小至1KΩ以下。因此,本次设计选用光敏电阻作为育苗大棚光照强度的主要采集单元。
(4)光线补充和CO2补充系统
光照和CO2是植物生长的重要因素,对于育苗系统中的光线补充模块,采用温室补光灯,它依照植物生长的自然规律,根据植物利用太阳光进行光合作用的原理,使用灯光代替太阳光来提供给温室植物生长发育所需光源。苗期是补充二氧化碳较佳的时期,对提高早期产量具有明显作用。另外,一天当中,补充二氧化碳最佳时间应在清晨棚室见光0.5至1.5小时后立即进行,以使设施内维持较高的二氧化碳水平。中午前后棚室设施内气温升高,光合作用增强,棚内苗极易出现“碳饥饿”现象,因此需及时补充二氧化碳。本设计中采用二氧化碳气肥发生器,利用单片机定时控制其工作时间。
4、软件编程设计
当育苗系统开始工作时,先进行系统初始化设置,然后判断是否到达定时时间,如果到达,则启动CO2气肥发生器,定时补充CO2。采集相应参数后需要通过WIFI模块传送出去,再来判断相应的参数是否超过设定值,如果超过,则启动相应的温度控制器件和补光灯。系统主程序流程图如图2所示。
5、结论
本文从当前北方育苗中存在的问题出发,研究了育苗系统需要的几项主要监控指标,结合单片机技术、先进检测与控制技术等,设计了基于89C52单片机的智能育苗系统,通过对育苗环境的改善,从而使得育苗不再受天气环境的影响,可以在一定程度上解决北方地区环境问题导致的育苗进度慢,幼苗质量不好的问题,抵抗一部分环境变化带来的影响。
参考文献
[1] 支翠玲等.保护地蔬菜CO2施肥原理与技术[J].安徽农学通报,2011(15).
[2] 李强等.水稻闭锁式立体育苗系统的设计与试验研究[J].农机化研究, 2021,(10):72-77.
[3] 朱荣杰等.拉萨市闭锁型人工光照育苗系统的设计与研发[J].北方园艺,2015,(04):49-52.
[4] 赵旭东.基于单片机的智能育苗系统设计[J].信息与电脑,2015,(20):23-25.
5、结论
本文从当前北方育苗中存在的问题出发,研究了育苗系统需要的几项主要监控指标,结合单片机技术、先进检测与控制技术等,设计了基于89C52单片机的智能育苗系统,通过对育苗环境的改善,从而使得育苗不再受天气环境的影响,可以在一定程度上解决北方地区环境问题导致的育苗进度慢,幼苗质量不好的问题,抵抗一部分环境变化带来的影响。
参考文献
[1] 支翠玲等.保护地蔬菜CO2施肥原理与技术[J].安徽农学通报,2011(15).
[2] 李强等.水稻闭锁式立体育苗系统的设计与试验研究[J].农机化研究, 2021,(10):72-77.
[3] 朱荣杰等.拉萨市闭锁型人工光照育苗系统的设计与研发[J].北方园艺,2015,(04):49-52.
[4] 赵旭东.基于单片机的智能育苗系统设计[J].信息与电脑,2015,(20):23-25.