农业温室大棚监控系统的整体设计方案（包括软硬件实现）

一、项目概述

1.1 引言

近年来，温室大棚种植为提高人们的生活水平带来极大的便利，得到了迅速的推广和应用。种植环境中的温度、湿度、水位等环境因子对作物的生产有很大的影响。传统的人工控制方式难以达到科学合理种植的要求，存在大量的资源浪费，违背了环境保护的主题。目前国内可以实现上述环境因子自动监控的系统还不多见，而引进国外具有多功能的大型连栋温室控制系统价格昂贵，不适合国情。

针对目前大棚发展的趋势，提出了一种农业温室大棚监控系统的设计。本项目通过温度传感器DS18B20，湿度传感器DHT11和水压传感器D3B来采集大棚内温度、湿度和水位等信息情况，并用无线透传模块LSDRF4717M04发送到温室大棚主控制台，主控制台通过液晶N5110显示大棚内温度，湿度和水位情况，农户可以通过按键，自己设定植物生长的最适温度，湿度及水位范围，一旦发现温度、湿度及水位超出设定的范围，则通过GPRS模块将大棚内温度、湿度和水位等信息发送到农户手机中。农户根据经验，在很远的地方回复短信给温室大棚主控制台，主控制台根据农户的命令来执行相应的措施。另外，我们基于TCP/IP和WEB的嵌入式以太网控制器，实现网页监测、控制。

1.2 项目背景/选题动机

温室产业及相关技术在国内外的发展速度很快。如在荷兰的阿姆斯特丹 RAI展览馆每年11月举办一次国际花卉展览会，2003 年就有来自世界各国的 477 个厂商展示了各自的产品和实力。荷兰、日本、以色列、美国、韩国、西班牙、意大利、法国、加拿大等国是设施农业十分发达的国家，温室以大型温室为主。这些高水平大型温室的环境控制系统能够根据传感器采集室温、叶湿、地湿、室内湿度、土壤含水量、溶液浓度、水位、风速、风向、以及植物作物生长状态等有关参数，结合作物生长所需最佳条件，有效调节有关设备装置，将室内温、湿、光、水、肥、气等诸因素综合协调调节到最佳状态。

国内外温室大棚的对比

1.科技含量低，中国的设施园艺无论是在温室设施本身还是在栽培管理方面，大多数设施结构简单，栽培管理以传统的经验为主，距离数量化和指标化的要求还有相当大的差距。中国温室市场上目前使用的不少产品，在高品质领域主要以国外产品为主，遮明网的生产上以瑞典、以色列的高品质产品为主，温室环境控制系统领域上国内的产品同样与国外有相当大的差距，而且国内现有的一些科研成果与真正地推广应用之间还有一段差距。

2．环境调控技术与设备落后，缺乏理论基础与量化指标。由于绝大多热园艺设施类型过于简易，因此对环境的调节和控制十分有限。张福墁教授认为，塑料大棚往常在遇到灾害性天气时受损，无法生产。即使在正常天气，大部分塑料大棚所能进行的环境调控手段也仅限于通风和避风。日光温室遇到寒流或连阴(雪)天，光照不足失去热源和光源时，室内光照、温度、湿度都会出现不适台植物生长的逆境，轻则减产，重则绝收(如从2008年1月10开始的长达1月之久的连续降雪天气)，造成不同程度的经济损失。

3．缺乏与我国相适应的温室优化控制软件。目前，我国引进温室的控制系统大多运行费用过高，而自行研制的控制系统又缺乏相应的优化软件，多数仍使用单因子开关量进行环境因子的调节。而实际上温室内的光照、气温、地温、湿度及水位等环境要素是在彼此关联着的环境中对作物的生长产生影响的，而且环境要素的时间变化和空间变化都很复杂，当改变某一环境因子时常会把其他环境因子变到一个不适宜的水平上。因此，结合温室内的物理模型、作物的生长模型和温室生产的经济模型，开发出一套与我国温室生产现状相适应的环境控制优化软件是非常重要和十分迫切的。

4．中国的温室建设上盲目性很大。大量的项目在相应的配套设备、人才不到位的情况下，盲目地从国外引进高新技术，盲目地低水平仿制国外产品。温室种植管理上，产品种植前经过市场考察的很少，往往造成产品积压，带来不应有的损失。相关的种植管理方面的研究距离理论化、科学化、系统化地指导生产实践还有不少差距。温室企业在产品的售后配套服务方面尚不够完善，企业的品牌意识、诚信意识不够相当温室控制软件的研究上与国外企业相比有相当大的差距。

技术发展现状：

现代温室中常见的能自动控制的调控机构有:顶部通风窗、侧面通风窗、外遮阳帘幕、内遮阳帘幕、轴流通风机、降温湿帘、人工补光灯、二氧化碳施肥器、加热设备、喷雾系统及熏蒸设备。控制器综合调节各个机构，使系统在运行中节约能源的同时保证室内气候满足植物生长需求。使用的控制器可以有很多选择，如