引 言

隨著科技水平的不斷提升，人們對生活質(zhì)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(nóng)村建設(shè)和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代信息化建設(shè)提出了新的要求。而現(xiàn)代農(nóng)業(yè)又同時面臨著農(nóng)民逐漸減少及老齡化等問題 [1,2]?，F(xiàn)代農(nóng)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)的適宜環(huán)境溫度 [3,4]，有必要設(shè)計一種農(nóng)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(nóng)業(yè)設(shè)備無法正常運轉(zhuǎn)，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(nóng)民采取應(yīng)急措施，減少損失

1 總體方案

本文主要設(shè)計了一種農(nóng)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(shè)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(yīng)設(shè)備運行以便調(diào)節(jié)溫度，直至誤差調(diào)節(jié)到允許范圍后停止，且當(dāng)溫度在一定時間內(nèi)無法達到允許誤差范圍內(nèi)時報警，提醒農(nóng)民查看相關(guān)設(shè)備是否損壞，以便及時采取應(yīng)急措施，減少損失。裝置整體運行如圖 1 所示

2 關(guān)鍵模塊設(shè)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(guān)溫度信號轉(zhuǎn)化為電信號，與所設(shè)定的閾值及允許誤差范圍相比較，向溫度控制設(shè)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

系統(tǒng)采用 PID 控制器進行自動調(diào)節(jié)控制，PID 控制器結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)、自動調(diào)節(jié)效果較好，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中，其控制結(jié)構(gòu)如圖 3 所示

按系統(tǒng)框圖設(shè)計其具體電路，如圖 4 所示

2.2 電源模塊

由于農(nóng)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(jié)構(gòu)如圖 5 所示

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(dāng)芯片檢測到輸入管腳（VIN）的電壓較大時，將給電力設(shè)備供電，以及為鋰電池充電 ；當(dāng)芯片檢測到VIN 管腳的電壓僅夠向電力設(shè)備提供電能時，優(yōu)先給裝置供電停止對鋰電池充電 ；當(dāng)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(gòu)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(jù)至后臺上位機并保存，當(dāng)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(jù)的同時激發(fā)后臺上位機相關(guān)程序報警，提醒農(nóng)民采取應(yīng)急措施

3 實例驗證

將設(shè)計的裝置置于某蔬菜大棚進行實驗驗證，設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)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(jù)，圖 6 所示為有代表性的兩裝置在某一天 24 小時內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)，其中橫坐標(biāo)為時間，縱坐標(biāo)為溫度

如圖 6（a）所示，裝置運行正常，且溫度控制設(shè)備未損壞溫度一直控制在允許誤差范圍內(nèi)，超出誤差范圍后也可迅速調(diào)節(jié)至標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，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(shè)備在某一時間出現(xiàn)故障，查報警數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)溫度在 1 小時內(nèi)未達到標(biāo)準(zhǔn)，有報警記錄，經(jīng)簡單檢查，發(fā)現(xiàn)溫度控制設(shè)備電源出現(xiàn)故障，搶修1 小時后恢復(fù)正常裝置正確有效

4 結(jié) 語

隨著科技水平的不斷提升，人們對生活質(zhì)量的要求也隨之升高，這對新農(nóng)村建設(shè)和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代信息化建設(shè)提出了新的要求。本文設(shè)計了一種農(nóng)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(shè)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(yīng)設(shè)備運行以便調(diào)節(jié)溫度，直至誤差調(diào)節(jié)到允許范圍后停止運行。若溫度在一定時間內(nèi)還達不到允許誤差范圍，則報警，提醒相關(guān)設(shè)備可能由于天氣等原因損壞，應(yīng)及時采取應(yīng)急措施，減少損失。正常運行時裝置能實時記錄溫度數(shù)據(jù)，未出現(xiàn)誤報警現(xiàn)象，當(dāng)溫度控制設(shè)備出現(xiàn)故障時，裝置能正確發(fā)出報警信號。經(jīng)實驗驗證，所設(shè)計的裝置正確有效，能滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求