本实用新型属于农业自动化技术领域，具体涉及一种阳台农场自动控制系统。
背景技术：
随着社会的进步，阳台农场被越来越多的人群所接受。在家里阳台种植一些蔬菜植株，在保证食品安全的同时，也可以丰富生活。
国外有很多城市居民，在家中“阳台菜园”种植生活所需的蔬菜。阳台菜园在中国台湾、香港、新加波、日本等国家和地区已经非常普遍。阳台菜园对于生活在城市的人们来说，不仅是一种新潮、绿色的生活方式，在现今食品安全问题频发的大背景下，也为人们提供了安心的食物保障，使人们的生活更加健康。
影响蔬菜生长的环境因素有很多，产生主要影响的环境因子有光照、温度、空气湿度和土壤湿度等。而不同蔬菜不同时期所需的光照、温度、空气湿度、土壤湿度是不同的，是需要严格控制在一定范围内才可以使蔬菜健康成长，以达到最好效果的。目前大多数阳台的种植环境仍靠人工根据经验来管理，需要大量的植物种植职业知识，很容易由于环境问题不适而造成植株的死亡；另一方面，这样也需要人耗费大量时间和精力去照料，而人们总是会有无暇顾及的时候，比如工作太忙或者出差等，造成了很大的困难。
目前环境参数控制在农业应用上的技术已经很成熟，阳台微农场的概念也已经在国内外较大范围内得到传播，尤其是在我国，阳台智能蔬菜生长箱屡次出现在各大展会上，引起市民广泛的注意。但是，这些生长箱还没有大范围地推广，其原因就在于这种生长箱的价格都较为昂贵。因此，开发一款成本低，价格低且功能全的阳台农场自动控制系统就显得尤为重要。
技术实现要素：
为了解决上述存在的技术问题，本实用新型设计了一种阳台农场自动控制系统，可置于家中阳台，不占空间，监测并控制蔬菜生长所需的温度、空气湿度、土壤湿度、光照强度因素指标，更加科学地种植蔬菜的同时，达到解放人力的效果，物美价廉。
为了解决上述存在的技术问题，本实用新型采用了以下方案：
一种阳台农场自动控制系统，包括主控模块以及与所述主控模块连接的空气温度监控模块、空气湿度监控模块、土壤湿度监控模块、光照强度监控模块、按键控制模块、显示模块和报警及调控模块。
所述空气温度监控模块、空气湿度监控模块、土壤湿度监控模块、光照强度监控模块，可以检测到阳台农场环境实时的温度、空气湿度、土壤湿度、光照强度等信息，所述主控模块接收所述空气温度监控模块、空气湿度监控模块、土壤湿度监控模块、光照强度监控模块的监测数据信号，进行分析并发出合适控制信号。所述主控模块还可接收所述按键控制模块的控制信号，可发送显示信号给所述显示模块，发送控制信号给所述报警及调控模块。
进一步，所述主控模块包括单片机和时钟复位电路。
进一步，所述主控模块的单片机是STC89C52单片机。
进一步，所述空气温度监控模块包括温度传感器；所述空气湿度监控模块包括湿度传感器。
进一步，所述空气温度监控模块和空气湿度监控模块采用了DHT11温湿度传感器，所述DHT11温湿度传感器通信方式为单总线方式，所述DHT11温湿度传感器的DATA口与所述主控模块的P1.0连接，所述 DHT11温湿度传感器的VDD、GND分别接５V电源和接地。
进一步，所述土壤湿度监控模块包括土壤湿度传感器。
进一步，所述土壤湿度监控模块采用了YL-69土壤湿度传感器和ADC0832模数转化器；所述YL-69土壤湿度传感器的两个引脚，一个引脚接地，另一个引脚分出两根引线，一根引线接一个10K的电阻再接到5V电源上，另一根引线接到所述ADC0832的模数转化器CH0上；所述ADC0832的CLK连到所述主控模块的P1.1口，所述ADC0832的DI和DO合为一根同接到所述主控模块的P1.2口，所述ADC0832的CS片选接连到所述主控模块的P1.5口，所述ADC0832的VCC和GND分别接5V电源和地线。
进一步，所述光照强度监控模块包括光照传感器。
进一步，所述光照强度监控模块采用了BH1750光照传感器；所述BH1750光照传感器的SCL端口和SDA端口分别连接到所述主控模块的P1.3口和P1.4口上，所述BH1750光照传感器的VCC端口接5V电源，所述BH1750光照传感器的 GND端口接地。
进一步，所述按键控制模块包括三个按键，分别是设置键、增加键和减小键；所述设置键用来决定是否进行设置，以及选择设置空气温度或空气湿度或土壤湿度或光照强度参数的上限阈值或下限阈值；所述增加键用来使相应的阈值增加；所述减小键用来使相应的阈值减小。
进一步，所述设置键的按键次数分别对应8种按键模式，当按键次数大于等于8，按键次数计数变为0，返回按键模式0；模式0对应当前光照强度、空气湿度、温度、土壤湿度的值；模式1设置空气温度上限阈值；模式2设置空气湿度上限阈值；模式3设置空气温度下限阈值；模式4设置空气湿度下限阈值；模式5设置土壤湿度上限阈值；模式6设置光照下限阈值；模式7设置土壤湿度下限阈值。
进一步，所述按键控制模块的三个按键与所述主控模块的P3.2口、P3.3口、P3.4口连接。
进一步，所述显示模块包括液晶显示器，所述液晶显示器与所述主控模块的P0口线路连接。所述显示模块接收所述主控模块发出的显示控制信号，显示由所述空气温度监控模块、空气湿度监控模块、土壤湿度监控模块、光照强度监控模块实时监测到的数据，显示预置的空气温度、空气湿度、土壤湿度、光照强度四个参数的上限值与下限值，以及显示所述按键控制模块在设置参数上限值和下限值时的阈值变化情况。
进一步，所述显示模块采用了LCD1602点阵型液晶显示器。
进一步，所述报警及调控模块包括四个电路单元；所述每个电路单元均包括继电器和LED警示灯，所述继电器的P2是KF128-2P端子，用来连接相对应外设；所述外设包括风扇、水雾加湿器、植物生长灯、水泵。
进一步，所述报警及调控模块与所述主控模块的P2.1口、P2.2口、P2.3口、P2.4口连接。
工作时，所述主控模块的单片机接收温度、空气湿度、土壤湿度、光照强度监测模块的数据并输出到LCD显示屏显示，用按键可以设置改变环境参数的阈值，将改变的数据显示在LCD显示屏上。利用编写的程序将实时环境参数与阈值进行比较，当实时环境参数不满足阈值限制条件的时候，自动启动报警装置并利用外置设备进行调节环境参数直至满足预设阈值范围，外置设备自动停止，报警取消。系统持续运作可使处于自动控制系统中的蔬菜植株得以健康成长。
该阳台农场自动控制系统具有以下有益效果：
（1）本实用新型可对环境的温度、空气湿度、土壤湿度、光照强度进行实时监测，并可调节各参数的阈值，当环境参数不满足预置的阈值时自动报警并开启外置设备对环境参数进行调控使其满足要求。
（2）本实用新型可以实时显示并自动控制影响蔬菜植株生长的各因素的参数值，节省时间和人力资源，方便人们居家在阳台种植蔬菜作物，十分适合居家阳台种植使用。
（3）本实用新型结构小巧，成本较低。
附图说明
图1：本实用新型一实施方式中阳台农场自动控制系统的模块化结构示意图；
图2：本实用新型一实施方式中报警及调控模块的电路图；
图3：本实用新型一实施方式中阳台农场自动控制系统的系统控制程序流程图；
图4：本实用新型一实施方式中按键模块的按键控制程序流程图；
图5：本实用新型一实施方式中LCD显示模块的程序流程图；
图6：本实用新型一实施方式中参数调控的程序流程图。
附图标记说明：
1—主控模块；2—空气温度监控模块；3—空气湿度监控模块；4—土壤湿度监控模块；5—光照强度监控模块；6—按键控制模块；7—显示模块；8—报警及调控模块。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型做进一步说明：
图1至图6示出了本实用新型阳台农场自动控制系统的一种实施方式。图1是本实施方式中阳台农场自动控制系统的模块化结构示意图。
如图1所示，本实施方式中的阳台农场自动控制系统，包括主控模块1以及与主控模块1连接的空气温度监控模块2、空气湿度监控模块3、土壤湿度监控模块4、光照强度监控模块5、按键控制模块6、显示模块7和报警及调控模块8。空气温度监控模块2、空气湿度监控模块3、土壤湿度监控模块4、光照强度监控模块5，可以检测到阳台农场环境实时的温度、空气湿度、土壤湿度、光照强度等信息，主控模块1接收空气温度监控模块2、空气湿度监控模块3、土壤湿度监控模块4、光照强度监控模块5的监测数据信号，进行分析并发出合适控制信号。主控模块1还可接收按键控制模块6的控制信号，可发送显示信号给显示模块7，发送控制信号给报警及调控模块8。
优选地，主控模块1的主体采用单片机。本实施例中，主控模块1包括STC89C52单片机和时钟复位电路。
具体地，空气温度监控模块2和空气湿度监控模块3与主控模块1的P1.0口连接；土壤湿度监控模块4与主控模块1的P1.1口、P1.2口、P1.5口连接；光照强度监控模块5与主控模块1的P1.3口、P1.4口连接；按键控制模块6与主控模块1的P3.2口、P3.3口、P3.4口连接；显示模块7与主控模块1的P0口连接；报警及调控模块8与主控模块1的P2.1口、P2.2口、P2.3口、P2.4口连接。
优选地，空气温度监控模块2和空气湿度监控模块3中包括测温传感器和湿度传感器。本实施例中，空气温度监控模块2和空气湿度监控模块3包括DHT11温湿度传感器。主要利用DHT11温湿度传感器对阳台农场的温湿度进行检测。DHT11温湿度传感器通信方式为单总线方式，使DATA口与主控模块1单片机的P1.0连接，即可将测到的空气温度湿度以数字方式传送给单片机，DHT11温湿度传感器的VDD、GND分别接５V电源和接地。
优选地，土壤湿度监控模块4包括湿度传感器。本实施例中，土壤湿度监控模块4包括YL-69土壤湿度传感器和ADC0832模数转化器，主要利用YL-69土壤湿度传感器对土壤湿度进行检测。YL-69土壤湿度传感器上有电极片可以使湿度信号转变为高低电平数字信号，该元件从其引脚获取到模拟量。土壤湿度越大，获取的模拟量值越小。该YL-69土壤湿度传感器只有两个引脚，不分正负极，一个引脚接地，另一个引脚分出两根引线，一根接一个10K的电阻再接到5V电源上，另一根接到ADC0832的CH0上，通过该口将模拟数据送入到ADC0832转化为数字量，再送入单片机进行处理，换算出对应的湿度值。ADC0832的CLK连到主控模块1单片机的P1.1口，DI和DO合为一根同接到主控模块1单片机的P1.2口，CS片选接连到主控模块1单片机的P1.5口，VCC和GND分别接5V电源和地线。
优选地，光照强度监控模块5包括光照传感器。本实施例中，光照强度监控模块5采用BH1750光照传感器。光照强度监控模块5主要利用BH1750传感器对光照强度进行检测。BH1750光照传感器共有5个端口，用时只需接其中的四个，即1、2、3、5口，分别是5V电源，SCL时钟线，SDA数据线和地线。SCL，SDA连接到主控模块1单片机的P1.3口和P1.4口上，1口（VCC）接5V，5口（GND）接地。
优选地，按键控制模块6包括三个按键和传递控制信号的线缆；可以向主控模块1发出控制信号，决定是否进行设置，以及设置空气温度、空气湿度、土壤湿度、光照强度参数的上限值与下限值。按键控制模块6的三个按键，分别是设置键Key1、增加键Key2和减小键Key3，如图4所示，设置键Key1用来决定是否进行设置，以及选择设置空气温度或空气湿度或土壤湿度或光照强度参数的上限阈值或下限阈值；增加键Key2用来使相应的阈值增加；减小键Key3用来使相应的阈值减小。其中，光照强度的阈值，每次按键的改变值为50勒克斯；温度阈值，每次按键的改变值为1°C；空气湿度和土壤湿度的阈值，每次按键改变量为1％。按键控制模块6的三个按键与主控模块1单片机的P3.2口、P3.3口、P3.4口线路连接。
本实施例中，设置键Key1的按键次数分别对应8种按键模式，当按键次数大于等于8，次数计数变为0，返回按键模式0；模式0对应当前光照强度、空气湿度、温度、土壤湿度的值；模式1设置空气温度上限阈值；模式2设置空气湿度上限阈值；模式3改变空气温度下限阈值；模式4 改变空气湿度下限阈值；模式5改变土壤湿度上限阈值；模式6改变光照下限阈值；模式7改变土壤湿度下限阈值。
优选地，显示模块7包括LCD1602液晶显示器；显示模块7接收主控模块1发出的显示控制信号，显示由空气温度监控模块2、空气湿度监控模块3、土壤湿度监控模块4、光照强度监控模块5实时监测到的数据，显示预置的空气温度、空气湿度、土壤湿度、光照强度四个参数的上限值与下限值，以及显示按键控制模块6在设置参数上限值和下限值时的阈值变化情况。
具体地，显示模块7与主控模块1的P0口线路连接。本模块采用LCD1602点阵型液晶显示器。如图5所示，LCD1602用来接收来自主控模块1单片机处理后的各参数数据，各参数数据由各传感器检测得到，显示当前环境的空气温度值、空气湿度值和光照强度，以及按键切屏后可显示以上参数值分别对应的阈值大小。
优选地，报警及调控模块8包括四个电路单元；每个电路单元均包括继电器和LED警示灯，继电器的P2是KF128-2P端子，用来连接相对应外设；所述外设包括风扇、水雾加湿器、植物生长灯、水泵。
具体的，报警及调控模块8与主控模块1的P2.1、P2.2、P2.3、P2.4口线路连接。本模块主要由继电器构成，继电器在本模块中起到开关的作用。如图2所示，P2是KF128-2P端子，用来连接外设。其中还添加了LED灯，当有参数值不符合阈值范围时，调控的同时，LED亮起，起报警的作用。本设计中一共装了4个如图2所示的报警电路，分别连接风扇、水雾加湿器、植物生长灯和水泵，用以各因素的自动调控。调控流程如图6所示。
如图3所示，阳台农场自动控制系统的控制流程为：主控模块1的单片机作为核心部分要对各个传感器所感应的数据进行读取，同时在LCD1602上面进行实时的显示。然后是对于按键是否按下的检测，如果按下了按键就优先进入按键所代表的功能程序中去，然后再进行参数判断，将单片机所读取的数据与用户以按键设定的相应的参数上下限阈值相比较，看是否超过或低于上下限阈值，若是，那么就通过控制程序来控制外接设备进行各个参数的调控，若无则继续检测。
工作时，主控模块1的单片机接收空气温度、空气湿度、土壤湿度、光照强度监测模块的数据并输出到LCD显示屏显示，用按键可以设置改变环境参数的阈值，将改变的数据显示在LCD显示屏上。利用编写的程序将实时环境参数与阈值进行比较，当实时环境参数不满足阈值限制条件的时候，自动启动报警装置并利用外置设备进行调节环境参数直至满足预设阈值范围，外置设备自动停止，报警取消。系统持续运作可使处于自动控制系统中的蔬菜植株得以健康成长。
实际应用中，本实用新型阳台农场自动控制系统可以完成以下功能：
（1）环境因子实时监测显示：实时显示当前环境的光照强度、土壤湿度、空气湿度、以及温度等因素值。
（2）用户控制接口：允许用户通过按键改变各因素的阈值，进行环境因子的自动控制。
（3）报警及控制电路：采用光控报警，当某因素实时数值超过相应的阈值时，系统会以LED灯亮报警提示，并且控制外置设备的启动，对该因素进行调控，同时传感器继续检测，当调控使该因素的值达到合理范围后，关闭LED灯，同时终止控制设备的工作。
按照本实用新型所提供的设计方案，可以实时显示空气温湿度、土壤湿度、光照强度数值，自主设置环境参数的上下阈值，并自动控制各个参数保持在预设的阈值范围内，达到自动化阳台种植蔬菜的目的。
上面结合附图对本实用新型进行了示例性的描述，显然本实用新型的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围内。