植物生长环境调控系统的研究与应用

发布时间：2020-07-26 10:09

【摘要】：近年来我国人口、资源、环境问题日益突出,现代化农业的发展受到了前所未有的关注。我国是农业大国,但人均耕地面积却不到世界人均耕地面积的一半。为了增加农作物产量、提高果蔬品质、保证食品安全,植物工厂在全世界范围内迅速发展起来。植物工厂可以基本上摆脱甚至完全摆脱自然环境的制约,土地利用率成倍增加,单位面积上作物产量大幅度提高,产品质量安全也得到保障。植物工厂是解决资源紧缺、环境污染、粮食安全等问题的关键技术。目前我国植物工厂尚处于发展阶段,国内多数植物工厂仍属于进口,其配套设施及技术都不够完善,难以实现精细化的现代种植以及高标准的科学研究。本文结合现有植物工厂的控制设备功能过于单一、控制精度过于粗糙等问题,设计一套植物生长环境调控系统。本设计基于嵌入式系统,通过空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器和光照度传感器等多种传感器对植物工厂内的环境信息进行采集并传输到主控单元,对环境信息进行分析处理,进而对风扇、水泵、加热管以及补光装置设备发送相应的控制指令,以达到对植物工厂箱内部环境的控制。主控制芯片控制输出环境信息变化过程以及输入控制过程,主控制芯片对数据进行分析处理,通过显示触控屏实现人机交互功能,使用者可以通过触控屏实时观察植物工厂内部环境参数,以及通过触控屏实现控制功能。同时,也可以通过上位机软件完成数据的监测、显示、存储与控制等工作。本文完成了对植物工厂内部环境调控系统的设计,并着重阐述了PWM补光装置的设计与实现,对补光装置的功能性、可靠性和稳定性等进行了系统的测试,在保证植物正常生长环境的基础上实现对补光装置的精细化控制,控制大功率LED光质自由拟合、光照强度连续可调、光照周期自由设定的功能。本系统数据采集快速准确,控制反应处理迅速,对于植物工厂补光功能细致明确,整套系统安全稳定,操作简单,易于维护,具有一定的市场推广价值。
【学位授予单位】：吉林农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S31;S126
【图文】：

内部结构

第三章系统的硬件设计生长环境调控系统是以 STM32 为核心控制芯片，利用各类传感器对研究物工厂箱环境进行实时环境监测并实现调控功能。系统主要实现的功能包采集，调控设备的控制以及采集信息显示。系统可分为环境参数采集部分、显示部分和主控制器，其中采集部分包括空气温湿度采集、土壤温湿度采集，以及人工的随机光谱信息采集。设备控制部分包括风扇控制、水泵制和补光控制。显示部分选用集显示和操作于一体的触控屏，可以显示实，通过控制界面可以完成控制操作。对于控制部分的补光装置设计是本内容。制器电路设计32 介绍

单片机电路,主控

14图 3.2 主控单片机电路Fig 3.2 Master microcontroller circuit diagram显示接口电路屏选用型号为TJC4024T032的USARTHMI电阻式触控屏，工作电压为调光，休眠模式电流 20mA，支持唤醒模式。支持串口下载和 SD 卡设备同步调试。人机界面制作全部由上位机软件完成，主控制器只需通令，具有较高的开发效率。USART可提供宽范围的波特率选择，最高达路如下图 3.3 所示。

接口电路图,显示屏,接口电路,全双工

图 3.3 显示屏接口电路图Fig 3.3 Display interface circuit diagra，传输距离远，通信简单等优点，5 总线是目前常见的主要串口通信号转换。STM32 内含通用同步异格式设备之间进行灵活地全双工。

【参考文献】