設(shè)施農(nóng)業(yè)太陽能溫室大棚監(jiān)測控制系統(tǒng)設(shè)計

PAGE設(shè)施農(nóng)業(yè)太陽能溫室大棚監(jiān)測控制系統(tǒng)設(shè)計摘要：溫室環(huán)境系統(tǒng)是一個多變量、非線性、時變和滯后的系統(tǒng)。其中，空氣溫濕度、土壤濕度、ＣＯ２濃度以及光照強(qiáng)度等環(huán)境因子的變化是最基本的變化，對農(nóng)業(yè)作物生長的影響最為顯著。由于系統(tǒng)采用太陽能供電，因而給出太陽能電池的選擇以及充放電控制器的選擇考慮因素，具有普適性。太陽能供電系統(tǒng)與單片機(jī)、傳感器配合，構(gòu)成溫室大棚數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并給出了整個系統(tǒng)裝置的軟件設(shè)計程序及框圖。關(guān)鍵詞：溫室大棚；太陽能供電；單片機(jī)；數(shù)據(jù)采集0引言我國是世界農(nóng)業(yè)大國，隨著我國農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)條件、投入程度、科技程度等不斷改進(jìn)，農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量大幅度增長，但我國在農(nóng)業(yè)發(fā)展中仍面臨著許多的問題與挑戰(zhàn)。實(shí)行符合我國國情的生態(tài)農(nóng)業(yè)是促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。我國大部分地區(qū)尤其是偏遠(yuǎn)地區(qū)大多以家庭為單位種植，適合于我國的農(nóng)業(yè)智能溫室還需要進(jìn)一步的研究。為此，基于我國不同類型溫室經(jīng)營者的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平，研制出一種實(shí)用性強(qiáng)、市場前景好的溫室監(jiān)測系統(tǒng)。1太陽能供電系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)溫室中，電源供電需要架設(shè)電線，而農(nóng)田中需要檢測的節(jié)點(diǎn)較多，并不適宜使用交流電源供電。本系統(tǒng)采用太陽能供電，由太陽能電池組件、太陽能控制器、蓄電池搭建整個溫室的供電系統(tǒng)。利用太陽能進(jìn)行能源轉(zhuǎn)化成電能儲存在蓄電池中，為溫室環(huán)境監(jiān)測儀提供電能。太陽能供電系統(tǒng)組成如圖１所示。1．1太陽能電池的選擇為了保證太陽能電池組件的使用壽命（設(shè)計在２０年以上），蓄電池容量能滿足設(shè)備負(fù)載７天連續(xù)陰雨天供電。但是，從經(jīng)濟(jì)性上考慮，設(shè)計的系統(tǒng)耗電量低，類似于智能手機(jī)的供電方式，所以采用鋰電池的供電設(shè)計方案。蓄電池的容量對保證連續(xù)供電是很重要的。因為設(shè)備所需的電量都是由蓄電池提供的，太陽能方陣每日所發(fā)電量都要存儲到蓄電池內(nèi)以供設(shè)備消耗，且每天太陽能方陣需要多發(fā)出一部分電量存儲到蓄電池內(nèi)以備陰雨天使用。因此，蓄電池的容量Bc計算公式為BC＝A·QL·NL·T０／CC≈１５Ａｈ式中A—安全系數(shù)，?。保薄保粗g；QL—負(fù)載日平均耗電量，工作電流乘以日工作小時數(shù)，本裝置負(fù)載工作電流近似為０暢０５Ａ，日工作小時數(shù)為２４ｈ，則QL＝１暢２Ａｈ；NL—最長連續(xù)陰雨天數(shù)，根據(jù)北方的天氣特征，NL?。芳纯桑籘０—溫度修正系數(shù)，一般在０℃以上?。保保啊嬉陨先。保?，－CC—蓄電池放電深度，一般鋰電池取０．８０。所以，蓄電池的選擇為４．５Ｖ／１５Ａｈ，選用單體為４．５Ｖ／１５Ａｈ，３個串聯(lián)形成１３．５Ｖ／４５Ａｈ。1．2太陽能電池方陣設(shè)計太陽能電池方陣基本單元擬選定單組為６Ｖ，３Ｗｐ太陽能電池板。需要太陽能板的數(shù)量的計算：單塊太陽能板日發(fā)電量計算公式為月發(fā)電量＝功率×充電時間×綜合充電效率×損耗其中，單塊太陽能板的功率為３Ｗｐ；充電時間，經(jīng)檢測為６ｈ即可充滿；由于蓄電池本身充電不能達(dá)到１００％，經(jīng)檢測，其綜合充電效率為８０％。７天總耗電量：負(fù)載７天總耗電量／逆變器效率＝NL×７／０．９＝１．２×７Ｗｈ／０．９≈９．４Ｗｈ需要太陽能電池板數(shù)量為７天總耗電量／單塊太陽能板日耗電量＝９．４Ｗｈ／１３Ｗｈ≈１塊，即共需要１塊３Ｗｐ太陽能電池板。1．3充放電控制器的選擇及考慮因素雖然充放電控制器是太陽能供電系統(tǒng)中價值最小的部分，但是它卻是整個太陽能供電系統(tǒng)的核心控制部分。一個先進(jìn)的充放電控制器，不僅具有基本的充放電控制功能，還需能夠控制太陽能電池方陣盡可能多地吸收太陽能，提高充放電效率，并且能夠防止蓄電池過充電以及深度放電，延長蓄電池的使用壽命等。白天，太陽能板所輸出的電能存儲在蓄電池里，同時供給負(fù)載使用；當(dāng)蓄電池電量達(dá)到規(guī)定限度時，它能夠停止對蓄電池充電，防止蓄電池過充。晚上，它將蓄電池里存儲的電能供給負(fù)載使用，同時要防止反充電路對太陽能板進(jìn)行充電；當(dāng)蓄電池電量不足時，及時切斷供電電路，防止蓄電池過放，從而起到保護(hù)蓄電池的作用。本裝置選用的是鋰電池，在選擇充放電控制器需要考慮以下幾點(diǎn)：１）負(fù)載的最大功率。只有當(dāng)太陽能電池在整個工作過程中，近似的工作在其最大功率點(diǎn)處，太陽電池板的能量轉(zhuǎn)換效率才最高。故需要具ｓｂｉｔＲＳ＝Ｐ０＾５；ｓｂｉｔＲＷ＝Ｐ０＾６；ｓｂｉｔＥＮ＝Ｐ０＾７；ｓｂｉｔＤＱ＝Ｐ１＾４；／／１８Ｂ２０／*************************主函數(shù)*************************／ｍａｉｎ（）｛Ｐ１＝０ｘｄｆ；／／１１０１１１１１Ｐ１＾５＝＝０ＣＬＫ＿ＤＩＶ＝０ｘ０２；ｗｈｉｌｅ（１）｛ｔｕｉｎｉｔ（）；ｌｃｄｒ（）；ｗｃ（０ｘ０１）；ｌｃｄｋｏｎｇ（）；ｌｃｄｗｓ（）；ｄｅｌａｙｍｓ（３０００）；ｌｃｄｒ（）；ｗｃ（０ｘ０１）；ａｄｉｎｉｔ（）；／／Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換初始化ｌｅｄｎｕｍ１＝ｇｅｔ＿ａｄ２（）；／／處理土壤濕度數(shù)據(jù)ＣＬＫ＿ＤＩＶ＝０ｘ０３；ｗｏｒｋ＿ｔｅｍｐ（ｒｅａｄ＿ｔｅｍｐ（））；／／處理土壤溫度數(shù)據(jù)ＣＬＫ＿ＤＩＶ＝０ｘ０２；ｌｃｄｔｕ（）；ｌｃｄｔｗ（）；ｌｃｄｔｓ（）；ＣＤ（）；ｄｅｌａｙｍｓ（２０００）；ｌｃｄｒ（）；ｗｃ（０ｘ０１）；ａｄｉｎｉｔ（）；ｌｅｄｎｕｍ２＝ｇｅｔ＿ａｄ１（）；／／處理光強(qiáng)函數(shù)ｌｃｄｇｕ（）；ｌｃｄｇｑ（）；ｄｅｌａｙｍｓ（３０００）；｝｝4結(jié)論進(jìn)行了溫室大棚單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計。由于采用了面向工業(yè)測控系統(tǒng)的單片機(jī)，故使得系統(tǒng)的可靠性大為增強(qiáng)，同時也降低了微機(jī)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的成本。本系統(tǒng)已進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，可批量生產(chǎn)，并可望在不久之后，大批應(yīng)用于溫室大棚中。參考文獻(xiàn)：［１］李敏，孟臣．溫室大棚計算機(jī)測控系統(tǒng)的研制［Ｊ］．計算機(jī)與農(nóng)業(yè)，２００１（６）：９－１１．［２］張艷紅，張崇巍，張興，等．一種新型光伏發(fā)電充放電控制器［Ｊ］．可再生能源，２００６（５）：７１－７３．［３］楊金煥，于化叢，葛亮．太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)［Ｍ］．北京：電子工業(yè)出版社，２００９．附錄—托普物聯(lián)網(wǎng)簡介托普物聯(lián)網(wǎng)是浙江托普儀器有限公司旗下的重要項目。浙江托普儀器是國內(nèi)領(lǐng)先的農(nóng)業(yè)儀器研發(fā)生產(chǎn)商，依據(jù)自身在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研發(fā)實(shí)力，和自主研發(fā)的配套設(shè)備，在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域嶄露頭角！托普物聯(lián)網(wǎng)以客戶需求為源頭，結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技、通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、GIS信息技術(shù)，以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，竭誠為傳統(tǒng)行業(yè)提供信息化、智能化的產(chǎn)品與端到端的解決方案。主要有：大田種植智能解決方案、畜牧養(yǎng)殖管理解決方案、食品安全溯源解決方案、食用菌種植智能化管理解決方案、水產(chǎn)養(yǎng)殖管理解決方案、溫室大棚智能控制解決方案等。托普物聯(lián)網(wǎng)三大系統(tǒng)產(chǎn)品我們知道物聯(lián)網(wǎng)主要包括三大層次，即感知層、傳輸層和應(yīng)用層。因此托普物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品主要以這三個層次延伸，涵蓋了感知系統(tǒng)（環(huán)境監(jiān)測傳感設(shè)備）、傳輸系統(tǒng)（數(shù)據(jù)傳輸處理網(wǎng)絡(luò)）、應(yīng)用系統(tǒng)（終端智能控制平臺。）托普物聯(lián)網(wǎng)模塊化智能集成系統(tǒng)托普物聯(lián)網(wǎng)依據(jù)自身研發(fā)優(yōu)勢，開發(fā)了多種模塊化智能集成系統(tǒng)。1、傳感模塊：即環(huán)境傳感監(jiān)測系統(tǒng)。它依據(jù)各類傳感設(shè)備可以完成整個園區(qū)或完成對異地園區(qū)所需數(shù)據(jù)監(jiān)測的功能。2、終端模塊：即終端智能控制系統(tǒng)。它可以完成整個園區(qū)或遠(yuǎn)程控制異地園區(qū)進(jìn)行自動灌溉、自動降溫、自動開啟風(fēng)機(jī)，自動補(bǔ)光及遮陽，自動卷簾，自動開窗關(guān)窗，自動液體肥料施肥、自動噴藥等各類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的自動控制。3、視頻監(jiān)控模塊：即實(shí)時視頻監(jiān)控系統(tǒng)。主要是通過監(jiān)控中心實(shí)時得到植物生長信息，在監(jiān)控中心或異地互聯(lián)網(wǎng)上既可隨時看到作物的實(shí)時生長狀況。4、預(yù)警模塊：即遠(yuǎn)程植保預(yù)警系統(tǒng)。可以通過聲光報警、短信報警、語音報警等方式進(jìn)行預(yù)警。5、溯源模塊：即農(nóng)產(chǎn)品安全溯源系統(tǒng)。該系統(tǒng)對農(nóng)產(chǎn)品從種植準(zhǔn)備階段、種植和培育階段、生長階段、收獲階段等對作物生長環(huán)境、噴藥施肥