AVR現代設施農業的監控系統設計

摘要：

我國是個農業大國，我國農業生產技術裝備水平與勞動生產率水平均較低，農業基礎設施薄弱，抗災害能力差。我們設計的這套系統就是利用科學技術來管理農業生產，提高生產率，降低生產成本。

設施農業是是綜合利用先進的設施設備和先進的生產技術，人為地創造動植物生長發育所需要的最佳環境條件，并通過科學的技術管理，最大限度地提高土地產出率、資源利用率、勞動生產率和產品商品率，從而獲得最佳經濟效益、生態效益和社會效益的一種生產方式。相比于傳統農業，具有空間利用率高、生產周期短等突出優勢，成為國內外廣泛采用的一種農作物生產方式。針對現代設施農業要求，設計集溫度、濕度、CO₂濃度和光照度于一體的參數采集系統，并結合作物與LED光學特性的關系，設計LED光譜可調的光源控制系統，用于作物環境的補光照射。監控系統取代了傳統的人工監控方式，自動化程度大大提高。系統根據不同作物的要求，采用不同光譜進行補光照射，更有利于作物的生長。

1. 監控系統組成

根據農作物種植的需求，設計適合于現代設施農業用的多參數監控系統，主要包括光照、溫度和濕度等參數的監控和LED光源的光譜調節功能，采用本系統進行農作物補光，可以根據特定植株的特點，選擇不同的控制LED光譜范圍，從而實現光源的柔性控制。系統組成如圖1所示。

圖1 系統組成

1.1 參數測量端

針對需要采集的四種參數及其特點，設計參數采集模塊。溫度測量采用DS18B20型溫度傳感器，該傳感器采用單總線接口，測量溫度的范圍在－10度到＋85度之間，測量的溫度精度約為±0.5度，能夠滿足作物環境的溫度精度要求。濕度參數測量采用CHTM-02NA型傳感器，輸出模擬電壓信號0-3V，濕度測量范圍10% - 95%RH。CO₂濃度測量采用MG811型傳感器，測量范圍350—10000ppm，輸出模擬電壓30-50mV。光照度測量采用光電池。光電池是一種利用光生伏特效應制成的光電轉換器件，通過將光信號轉變為電信號來檢測待測量。

1.2控制器芯片

現代設施農業要求同時測量大棚環境中多點的各個參數，因此對數據的實時性和處理速度要求較高，因此微處理器采用MEGA128，MEGA128是ATMEL公司研制的基于AVR RISC結構的8位低功耗CMOS微處理器。由于其先進的指令集以及單周期指令執行時間，MEGA128的數據吞吐量高達1MIPS/MHz，從而可以緩減系統在功耗和處理速度之間的矛盾，具有較高的性價比和高穩定性的微控制器，最高工作頻率為16MHz。MEGA128通過擴展一系列完整的通用外圍器件，使系統費用降至最低。它具有SPI、JTAG和PWM定時器、片內A/D轉換器等，可以滿足本設計的要求。