AVR現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：

我國(guó)是個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)裝備水平與勞動(dòng)生產(chǎn)率水平均較低，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，抗災(zāi)害能力差。我們?cè)O(shè)計(jì)的這套系統(tǒng)就是利用科學(xué)技術(shù)來(lái)管理農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。

設(shè)施農(nóng)業(yè)是是綜合利用先進(jìn)的設(shè)施設(shè)備和先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，人為地創(chuàng)造動(dòng)植物生長(zhǎng)發(fā)育所需要的最佳環(huán)境條件，并通過(guò)科學(xué)的技術(shù)管理，最大限度地提高土地產(chǎn)出率、資源利用率、勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品商品率，從而獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益的一種生產(chǎn)方式。相比于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，具有空間利用率高、生產(chǎn)周期短等突出優(yōu)勢(shì)，成為國(guó)內(nèi)外廣泛采用的一種農(nóng)作物生產(chǎn)方式。針對(duì)現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)要求，設(shè)計(jì)集溫度、濕度、CO₂濃度和光照度于一體的參數(shù)采集系統(tǒng)，并結(jié)合作物與LED光學(xué)特性的關(guān)系，設(shè)計(jì)LED光譜可調(diào)的光源控制系統(tǒng)，用于作物環(huán)境的補(bǔ)光照射。監(jiān)控系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的人工監(jiān)控方式，自動(dòng)化程度大大提高。系統(tǒng)根據(jù)不同作物的要求，采用不同光譜進(jìn)行補(bǔ)光照射，更有利于作物的生長(zhǎng)。

1. 監(jiān)控系統(tǒng)組成

根據(jù)農(nóng)作物種植的需求，設(shè)計(jì)適合于現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)用的多參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)，主要包括光照、溫度和濕度等參數(shù)的監(jiān)控和LED光源的光譜調(diào)節(jié)功能，采用本系統(tǒng)進(jìn)行農(nóng)作物補(bǔ)光，可以根據(jù)特定植株的特點(diǎn)，選擇不同的控制LED光譜范圍，從而實(shí)現(xiàn)光源的柔性控制。系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成

1.1 參數(shù)測(cè)量端

針對(duì)需要采集的四種參數(shù)及其特點(diǎn)，設(shè)計(jì)參數(shù)采集模塊。溫度測(cè)量采用DS18B20型溫度傳感器，該傳感器采用單總線接口，測(cè)量溫度的范圍在－10度到＋85度之間，測(cè)量的溫度精度約為±0.5度，能夠滿足作物環(huán)境的溫度精度要求。濕度參數(shù)測(cè)量采用CHTM-02NA型傳感器，輸出模擬電壓信號(hào)0-3V，濕度測(cè)量范圍10% - 95%RH。CO₂濃度測(cè)量采用MG811型傳感器，測(cè)量范圍350—10000ppm，輸出模擬電壓30-50mV。光照度測(cè)量采用光電池。光電池是一種利用光生伏特效應(yīng)制成的光電轉(zhuǎn)換器件，通過(guò)將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)來(lái)檢測(cè)待測(cè)量。

1.2控制器芯片

現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)要求同時(shí)測(cè)量大棚環(huán)境中多點(diǎn)的各個(gè)參數(shù)，因此對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和處理速度要求較高，因此微處理器采用MEGA128，MEGA128是ATMEL公司研制的基于AVR RISC結(jié)構(gòu)的8位低功耗CMOS微處理器。由于其先進(jìn)的指令集以及單周期指令執(zhí)行時(shí)間，MEGA128的數(shù)據(jù)吞吐量高達(dá)1MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾，具有較高的性價(jià)比和高穩(wěn)定性的微控制器，最高工作頻率為16MHz。MEGA128通過(guò)擴(kuò)展一系列完整的通用外圍器件，使系統(tǒng)費(fèi)用降至最低。它具有SPI、JTAG和PWM定時(shí)器、片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器等，可以滿足本設(shè)計(jì)的要求。