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[導讀]摘 要:為保證各類農業(yè)生產在適宜的環(huán)境溫度中進行,設計了一種農用恒溫控制及報警系統(tǒng)裝置。裝置正常工作時可實時監(jiān)測外界溫度,與所設定的閾值及允許誤差范圍相比較,若誤差超出允許范圍則控制相應設備調節(jié)溫度,直至誤差調節(jié)到允許范圍后停止,且當溫度在一定時間內還無法達到允許誤差范圍內時則報警,提醒相關人員查看設備是否損壞,以便及時采取應急措施。經實驗驗證,所設計的裝置穩(wěn)定有效,可滿足農業(yè)生產需求

引 言

隨著科技水平的不斷提升,人們對生活質量的要求也隨之升高,希望一年四季都能享用自己喜愛的菜肴,這對新農村建設和農業(yè)現(xiàn)代信息化建設提出了新的要求。而現(xiàn)代農業(yè)又同時面臨著農民逐漸減少及老齡化等問題 [1,2]?,F(xiàn)代農業(yè)的發(fā)展迎來了新的挑戰(zhàn)和機遇,如何保證蔬菜、水果、牲禽等的合適培養(yǎng)環(huán)境成為重要問題之一

為保證各類農業(yè)生產的適宜環(huán)境溫度 [3,4],有必要設計一種農用恒溫控制系統(tǒng)。又因為近年來惡劣氣候頻繁出現(xiàn),在極其惡劣的壞境下很多農業(yè)設備無法正常運轉,因此有必要在系統(tǒng)中加入報警模塊,以便長時間達不到合適溫度時進行報警提醒農民采取應急措施,減少損失

1 總體方案

本文主要設計了一種農用恒溫控制及報警系統(tǒng)裝置,裝置正常工作時可實時監(jiān)測外界溫度,與所設定的閾值及允許誤差范圍相比較,若誤差超出允許范圍則控制相應設備運行以便調節(jié)溫度,直至誤差調節(jié)到允許范圍后停止,且當溫度在一定時間內無法達到允許誤差范圍內時報警,提醒農民查看相關設備是否損壞,以便及時采取應急措施,減少損失。裝置整體運行如圖 1 所示

農用溫度監(jiān)測及報警系統(tǒng)的研究與設計

2 關鍵模塊設計

裝置主要包含單片機控制系統(tǒng)、電源模塊以及報警系統(tǒng)三部分

2.1 控制系統(tǒng)

單片機控制系統(tǒng)主要用于監(jiān)測實時溫度,將相關溫度信號轉化為電信號,與所設定的閾值及允許誤差范圍相比較,向溫度控制設備發(fā)送運行或停止命令。若長時間達不到正常溫度則報警系統(tǒng)報警。單片機控制系統(tǒng)如圖 2 所示

農用溫度監(jiān)測及報警系統(tǒng)的研究與設計

系統(tǒng)采用 PID 控制器進行自動調節(jié)控制,PID 控制器結構簡單、容易實現(xiàn)、自動調節(jié)效果較好,已被廣泛應用于工業(yè)控制中,其控制結構如圖 3 所示

農用溫度監(jiān)測及報警系統(tǒng)的研究與設計

按系統(tǒng)框圖設計其具體電路,如圖 4 所示

2.2 電源模塊

由于農村地理位置相對空曠,陽光照射條件較好,可采用太陽能光伏電源與鋰電池相配合的電源模塊 [5,6] 來給系統(tǒng)供電,其結構如圖 5 所示

農用溫度監(jiān)測及報警系統(tǒng)的研究與設計

RT9525 充電管理芯片及其外圍電路可實現(xiàn)對所述單節(jié)鋰電池的充放電管理,當芯片檢測到輸入管腳(VIN)的電壓較大時,將給電力設備供電,以及為鋰電池充電 ;當芯片檢測到VIN 管腳的電壓僅夠向電力設備提供電能時,優(yōu)先給裝置供電停止對鋰電池充電 ;當芯片檢測到 VIN 管腳的電壓小于裝置供電時,RT9525 充電管理芯片控制鋰電池放電給裝置供電整個運行過程可使裝置得到安全穩(wěn)定不間斷的電能 [7-10]

2.3 報警系統(tǒng)

報警系統(tǒng)主要由RF 射頻模塊及后臺上位機構成,系統(tǒng)在正常工作無需報警的情況下,射頻模塊每隔 15 分鐘便利用ZigBee 協(xié)議發(fā)送溫度數(shù)據至后臺上位機并保存,當超過 1 小時溫度還無法達到規(guī)定誤差范圍時,射頻模塊在發(fā)送溫度數(shù)據的同時激發(fā)后臺上位機相關程序報警,提醒農民采取應急措施

3 實例驗證

將設計的裝置置于某蔬菜大棚進行實驗驗證,設定標準溫度閾值 15℃,誤差不超過 0.5℃,運行一段時間后,讀取后臺上位機所保存的溫度數(shù)據,圖 6 所示為有代表性的兩裝置在某一天 24 小時內的溫度數(shù)據,其中橫坐標為時間,縱坐標為溫度

如圖 6(a)所示,裝置運行正常,且溫度控制設備未損壞溫度一直控制在允許誤差范圍內,超出誤差范圍后也可迅速調節(jié)至標準范圍內,無報警記錄,裝置正確有效。如圖 6(b)所示裝置運行正常,但溫度控制設備在某一時間出現(xiàn)故障,查報警數(shù)據后發(fā)現(xiàn)溫度在 1 小時內未達到標準,有報警記錄,經簡單檢查,發(fā)現(xiàn)溫度控制設備電源出現(xiàn)故障,搶修1 小時后恢復正常裝置正確有效

農用溫度監(jiān)測及報警系統(tǒng)的研究與設計

4 結 語

隨著科技水平的不斷提升,人們對生活質量的要求也隨之升高,這對新農村建設和農業(yè)現(xiàn)代信息化建設提出了新的要求。本文設計了一種農用恒溫控制及報警系統(tǒng)裝置,裝置在正常工作時可實時監(jiān)測外界溫度,與所設定的閾值及允許誤差范圍相比,若誤差超出允許范圍則控制相應設備運行以便調節(jié)溫度,直至誤差調節(jié)到允許范圍后停止運行。若溫度在一定時間內還達不到允許誤差范圍,則報警,提醒相關設備可能由于天氣等原因損壞,應及時采取應急措施,減少損失。正常運行時裝置能實時記錄溫度數(shù)據,未出現(xiàn)誤報警現(xiàn)象,當溫度控制設備出現(xiàn)故障時,裝置能正確發(fā)出報警信號。經實驗驗證,所設計的裝置正確有效,能滿足農業(yè)生產需求

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