基于單片機的溫室大棚智能控制系統(tǒng)硬件設(shè)計案例綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u15067基于單片機的溫室大棚智能控制系統(tǒng)硬件設(shè)計案例綜述 [6]。圖1.1數(shù)字量與模擬量輸入元器件描述數(shù)量遮陽行程開關(guān)2開關(guān)12濕度傳感器1溫度傳感器1光照強度傳感器2二氧化碳傳感器1土壤肥力檢測儀1由上表格分析可知需要12路數(shù)字量輸入通道和8路模擬量輸入通道圖1.2輸出量元器件描述數(shù)量加濕器1除濕器1熱風(fēng)機1通風(fēng)電機2遮陽電機1滴灌1施肥器1陽光生物燈1由上表分析可得此系統(tǒng)需要9個輸出量。根據(jù)以上兩個表格的分析，本系統(tǒng)需要總共20個輸入量和9個輸出量，因此PLC智能控制器選擇西門子S7-2006ES7288-1ST20-0AA136輸入/24輸出的那款機型，這款機型在符此系統(tǒng)需求的情況下最大程度節(jié)省了成本。圖1.3西門子S7-200PLC1.3傳感器選型智能溫室大棚想做到精確的改變到合適的環(huán)境條件，要首先知道目前大棚內(nèi)部的環(huán)境情況是什么的，因此大棚內(nèi)部的傳感器尤為重要，本系統(tǒng)內(nèi)要用到二氧化碳傳感器、光照強度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、土壤肥力檢測儀等來測量和監(jiān)測大棚內(nèi)部的環(huán)境情況，傳感器與PLC控制器模擬量輸入模塊直接連接，讓PLC直接讀取傳感器數(shù)據(jù)，根據(jù)傳感器的數(shù)據(jù)來讓整個大棚實現(xiàn)環(huán)境條件的時時處于需要的情況。（1）土壤肥力傳感器本系統(tǒng)采用JXBS-3001-SCY-EC型土壤肥力檢測儀來檢測土壤的肥力，如圖1.4所示。JXBS-3001-SCY-EC型土壤肥力檢測儀優(yōu)化了線路結(jié)構(gòu)與算法，自帶參數(shù)補償功能，提高了測量精準(zhǔn)度，加快了測量速度，提升了測量效率。適用于農(nóng)作物種植業(yè)等領(lǐng)域，其參數(shù)如下：測量范圍：0～9999us（±100us）反應(yīng)時間：<5s防護等級：IP68工作溫度：-20℃～+60℃圖1.4土壤肥力傳感器（2）溫度傳感器本系統(tǒng)選用SIN-WZP-Pt100型號的溫度傳感器來檢測大棚內(nèi)部的時時溫服情況如圖1.5所示。SIN-WZP-Pt100型號的溫度傳感器采用德國久茂進(jìn)口芯片，50ms的瞬時響應(yīng)速度，測量誤差小，同時采用鍍銀屏蔽線可以有效的抗干擾，抵擋大棚內(nèi)部其他電器元件對溫度傳感器造成的影響，SIN-WZP-Pt100型號的溫度傳感器的規(guī)格比較多，其穩(wěn)定性能也高，方便在大棚的各個位置安置。其參數(shù)如下：測溫范圍：-50～+200℃溫度系數(shù)：TRC=3850ppm/k防護等級：IP68（完全防水）自然系數(shù)：0.4k/mw（0℃時）絕緣阻值：大于100MΩ（20℃時）大于2MΩ（500℃時）穩(wěn)定性能：RO≤0.04%/年圖1.5溫度傳感器（3）濕度傳感器本系統(tǒng)選用RS-WS-N01-SMG-1型號的濕度傳感器，來檢測大棚內(nèi)部的濕度情況，如圖1.6所示。其防水性能為IP65，防水性能好，其探頭耐高溫最高可在120℃中測量，最低能在-50℃的環(huán)境中進(jìn)行測量。其參數(shù)如下：濕度精度：2%RH（60%25℃）濕度量程：0%RH～80%RH濕度分辨率：0.1%RH設(shè)備功耗：≤0.5W直流供電：DC10-30V圖1.6濕度傳感器（4）二氧化碳傳感器本系統(tǒng)采用RS-CO2-I20-2D(5000P)型號的二氧化碳濃度傳感器，來檢測大棚內(nèi)部的二氧化碳濃度，如圖1.7所示。二氧化碳濃度對于大棚內(nèi)部農(nóng)作物生長特別重要，不僅對于農(nóng)作物重要，其濃度過高時，人在不知情的情況下貿(mào)然進(jìn)去大棚容易導(dǎo)致二氧化碳中毒，因此對二氧化碳濃度傳感器的精度和靈敏度的要求較高，RS-CO2-I20-2D(5000P)型號的二氧化碳濃度傳感器測量精準(zhǔn)長期穩(wěn)定性好漂移小，其自帶溫度補償，可以減少因為大棚內(nèi)部溫度調(diào)節(jié)而導(dǎo)致測量出錯的情況，其防護等級較高，能夠長期使用于惡劣的環(huán)境中，因此，大棚內(nèi)選用此款二氧化碳濃度傳感器。其參數(shù)如下：功耗：0.3W量程：0～10000ppm工作環(huán)境：-10℃～+50℃精度：±（40ppm+3%F·S）（25℃）響應(yīng)時間：<30s（擴散）供電：10-30VDC圖1.7二氧化碳傳感器（5）光照強度傳感器本系統(tǒng)光照傳感器采用SM2161B型號這款來采集大棚內(nèi)外的光照強度，如圖1.8所示。該光照強度傳感器有較好的抗彎、抗壓和抗沖擊的能力，可以通過掛壁的方式直接安裝在大棚的內(nèi)外側(cè)。其內(nèi)部的數(shù)字式光照度檢測器可以做到穩(wěn)定、可靠和零漂移的檢測光照強度。其技術(shù)參數(shù)如下：測量精度：±7%測量量程：0-65535Lux/200000Lux運行溫度：-40℃～+85℃，0～80%RH波長測量范圍：380～730nm圖1.8光照強度傳感器1.4控制元件選型溫室大棚想完成對大棚內(nèi)部環(huán)境的改變，不僅僅需要傳感器來檢測大棚內(nèi)部的環(huán)境狀況，還需要執(zhí)行元件來調(diào)節(jié)大棚內(nèi)部的環(huán)境條件，因此，執(zhí)行元器件在本系統(tǒng)中也是非常重要的，好的執(zhí)行元器件能夠做到精準(zhǔn)、及時、迅速的對大棚內(nèi)部的環(huán)境進(jìn)行快速的調(diào)節(jié)，使得大棚內(nèi)的農(nóng)作物能夠一直處于所需要的最佳生長環(huán)境中，執(zhí)行元器件除了要能夠做到迅速調(diào)整大棚內(nèi)部環(huán)境狀態(tài)外，還需要做到耐用抗干擾的特點，本系統(tǒng)用來調(diào)節(jié)大棚內(nèi)部環(huán)境狀態(tài)的執(zhí)行元器件由除濕器、滴灌設(shè)備、熱風(fēng)機、風(fēng)機等構(gòu)成。（1）加熱器本系統(tǒng)選用TSD-16-20型號的加熱器來為大棚加熱內(nèi)部溫度，讓大棚內(nèi)能在寒冷的時候維持較高的溫度，如圖1.9。此款加熱風(fēng)機所能有效加熱的范圍廣闊，能夠達(dá)到200平方米，并且能夠保持住恒溫的狀態(tài)，不會因為加熱時間長而導(dǎo)致大棚內(nèi)的溫度高于所設(shè)溫度或低于所設(shè)溫度，此型號加熱風(fēng)機的出風(fēng)量大，能夠快速改變大棚內(nèi)部的環(huán)境情況。外表IPX4級防塵防水，能夠適用于大棚內(nèi)部的各種環(huán)境條件，其參數(shù)如下：功率：50000W電壓：220V風(fēng)量：1100m3/h使用面積：250～300m2圖1.9加熱器（2）除濕器本系統(tǒng)選用的除濕器為多樂信DR-1502L型號的除濕器來為大棚內(nèi)部除濕，如圖1.10所示。濕度對于農(nóng)作物的生長很重要，過高或者過低都是影響其呼吸，減少其生命活動，而本系統(tǒng)所選的多樂信DR-1502L型號的除濕器具有除濕量大的迅速的特點，可以幫助大棚快速且長時間改變環(huán)境狀態(tài)。并且此型號的除濕器對環(huán)境的適應(yīng)性強，可以長期放在大棚內(nèi)部進(jìn)行除濕，不需要經(jīng)常維護，且有低溫化霜的功能，具有一定降低大棚溫度的功能，達(dá)到一機兩用的功效其參數(shù)如下：濕度控制精度：±3%濕度調(diào)節(jié)范圍：10%～90%工作溫度：5～38℃峰值功率：1960W制冷量：4200W除濕量：110L/D(30℃80%RH)圖1.10除濕器（3）排風(fēng)扇本系統(tǒng)采用AX250型號的排風(fēng)扇，排風(fēng)扇將在本系統(tǒng)中起到通過通風(fēng)來降低大棚內(nèi)部溫度的效果，和通過通風(fēng)來達(dá)到降低大棚內(nèi)部濕度的效果，排風(fēng)扇如圖1.11所示。選用此型號的排風(fēng)扇因為其成本低，且具有風(fēng)量大的特點，其本身也帶有一定的除濕功能可以與除濕器一同使用達(dá)到快速除濕的作用。并且此型號的排風(fēng)扇安裝簡單，占地小，重量輕，在大棚內(nèi)可以輕松安裝，其功率低比較省電，在條件允許的情況下可以長時間用來給大棚降低二氧化碳通風(fēng)排氣的作用。其參數(shù)如下：風(fēng)量：19.2m3/min適合面積：42～84m2轉(zhuǎn)速：2000～2500r/min風(fēng)壓：400～550Pa功率：170W圖1.11排風(fēng)扇（4）電子閥門電子閥門主要用于現(xiàn)場滴灌系統(tǒng)和二氧化碳施肥系統(tǒng)中，通過開關(guān)電子閥門來實現(xiàn)放水滴灌和釋放二氧化碳?xì)怏w的功能，本系統(tǒng)選擇FPD-90A型號的電磁閥，如圖1.12所示。此型號的電子閥門為常閉式閥門，純銅結(jié)構(gòu)耐用抗腐蝕，內(nèi)置過濾網(wǎng)，防止水中小顆粒通過從而導(dǎo)致堵塞滴灌設(shè)備。其參數(shù)如下：供電：DC24V圖1.12電子閥門（5）二氧化碳發(fā)生器本系統(tǒng)選用glt-a貨號的二氧化碳發(fā)生器，來為溫室大棚內(nèi)部增加二氧化碳濃度，如圖表16所示。此貨號的二氧化碳發(fā)生器自帶泄壓閥，可以防止制造的二氧化碳過多從而導(dǎo)致的安全隱患。圖1.13二氧化碳發(fā)生器1.5I/O配置PLC控制器的I/O就是PLC控制器的輸入與輸出接口，在進(jìn)行PLC程序編寫的時候，程序內(nèi)部會對不同的硬件設(shè)置不同的對應(yīng)的I口和O口，就是對應(yīng)的信號輸入口與信號輸出口。本系統(tǒng)中的傳感器元器件都是使用的信號輸入口，只有將對應(yīng)的傳感器連接在對應(yīng)的信號輸入口，PLC控制器才能夠識別如讀取傳感器中的數(shù)據(jù)，例如將溫度傳感器連接在了濕度傳感器的接口，PLC控制器就無法正確讀取數(shù)據(jù)，導(dǎo)致整個系統(tǒng)出問題。但是按鈕的信號輸入口沒有這種要求。信號輸出口也要按照程序的設(shè)置進(jìn)行連接，連接錯誤不會導(dǎo)致程序識別不出數(shù)據(jù)的情況，但是會導(dǎo)致系統(tǒng)調(diào)控出現(xiàn)問題，不能按照當(dāng)前所需來開關(guān)對應(yīng)的設(shè)備。因此，當(dāng)PLC的程序編寫出來后，絕對不能出現(xiàn)連接錯誤的情況。圖1.14PLC控制器I/O分配表元器件描術(shù)I/O配置啟動I0.0停止I0.1手動自動選擇I0.2手動加熱I0.3手動加濕器I0.4手動開窗I0.5手動關(guān)窗I0.6手動啟動遮陽網(wǎng)I0.7手動收起遮陽網(wǎng)I1.0手動排風(fēng)I1.1手動循環(huán)風(fēng)機I1.2手動生物燈I1.3手動CO2補充I1.4手動滴灌I1.5手動施肥I1.6窗開到位I1.7窗關(guān)到位I2.0遮陽網(wǎng)開到位I2.1遮陽網(wǎng)關(guān)到位I2.2加熱故障I2.3加濕故障I2.4窗電機故障I2.5遮陽電機故障I2.6排風(fēng)風(fēng)機故障I2.7循環(huán)風(fēng)機故障I1.0圖1.15PLC控制器模擬量輸入I/O分配圖元器件描述I/O配置溫度傳感器AIW0濕度傳感器AIW2日照傳感器AIW4CO2傳感器AIW6土壤濕度傳感器AIW8電導(dǎo)率AIW10圖1.16PLC控制器輸出I/O分配圖元器件描述I/O配置加熱Q0.0加濕器Q0.1開窗Q0.2關(guān)窗Q0.3啟動遮陽網(wǎng)Q0.4收起遮陽網(wǎng)Q0.5啟動排風(fēng)風(fēng)機Q0.6循環(huán)風(fēng)機啟動Q0