水池采用混凝土浇筑而成，简单可靠，防渗性能好，设置在温室大棚内 部距离地面2-3米处，不占空间，也不影响农作物的正常生长，同时有效的防止冬天天气寒 冷导致水池中的水结冰的情况，在地下也有保温的性能，一举多得。风机与水池内部加热系 统连接的电线一定要尽可能粗，可以承担大的电流，防止出现断路情况。贮水池的进水口和 出水口通过钢管与温室大棚的散热片相连，在出水口处设有循环水泵，控制水泵来达到控 制散热片流水温度的目的，从而调节温室大棚的温度。该循环水泵采用封闭转子式设计，既 可泵送冷水，更可以泵送热水，且可耐受泵送液体的温度骤变，具有自动运行，静音，无泄漏 等特点。马达具有过热保护功能。使用液体温度：+2° C至100° C ;额定功率：100W，交流 220V供电；额定扬程：8. 5米；额定流量：30L/min。
[0122] 室内温湿度控制部分由传感器节点和控制系统组成。
[0123] 传感器节点：在温室大棚中温度、湿度的重要性显得非常高，对于农作物的生长起 到十分关键的作用，因此温湿度传感器在温室大棚中的应用是缺少不了的，并且对精度的 要求很高。本实用新型中采用DHTll数字温湿度传感器，它是一款含有已校准数字信号输 出的温湿度复合传感器，应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有 极高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元 件，每一项都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式存在OTP内存 中，传感器内部在检测型号的处理过程中要调用这些校准系数。供电电压：3. 3~5. 5V DC ;单 线制串行接口，输出单总线数字信号，单片机可直接读取；测量范围：湿度20-90%RH，温 度0~50°C ;测量精度：湿度±5%RH，温度±2°C ;分辨率：湿度1%RH，温度1°C ;产品为4针 单排引脚封装，连接方便。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高 等优点，同时超小的体积、极低的功耗，使其成为该类应用中，在苛刻应用场合的最佳选择。 使用时将其连接zigbee节点模块，模块将其通过zigbee网络直接发送到控制系统中。
[0124] 贮水池的温度传感器采用DS18B20数字传感器，它是常用的温度传感器，具有体 积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。工作电源：3. 0~5.5V/DC (可以数据线 寄生电源）；测温范围：一 55°C~+125°C，固有测温误差1°C ;支持多点组网功能，实现多 点测温；独特的单线接口方式，在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20的双向通讯，测量结果以9~12位数字量方式串行传送；在使用中不需要任何外围 元件。使用时同样将其连接到zigbee节点模块，模块将其通过zigbee网络直接发送到控 制系统中。
[0125] 控制系统：控制芯片采用飞思卡尔系列MC9S12XS128微控制器，成本低、性能可 靠。该芯片自带高精度AD模块与高稳定性的PWM模块，便于系统的使用。显示屏幕采用 12864液晶显示屏，它是128*64点阵液晶模块的点阵数简称，该点阵的屏显示清晰度可调， 适应性好，且成本相对较低。使用时，微控制器将键盘、显示屏幕、zigbee主节点、控制水泵 和电风扇的继电器连接在一起。启动系统时，控制器首先读取温室大棚内各温湿度节点、贮 水池温度节点的数值，将其显示到屏幕上，用户可以根据目前农作物所处生长期应该保持 的生长状况，手动键盘输入特定的温湿度值，控制器综合各个温湿度节点的当前值和温湿 度的目标值，通过PID算法，输出特定的PWM值控制相应继电器工作，继电器控制水泵、风扇 开始工作，调节温湿度，同时zigbee将温湿度节点数值实时传送到控制器，并在屏幕上显 不O
[0126] 整个系统装置节能环保，其中加热部分单个用户可以只建造一个，多个温室大棚 同时使用。整体稳定可靠，操作简单，变化灵活，应用领域广泛，可以拓展到其他相关的生产 设备上。
[0127] 验证：
[0128] 实验时间是12月初，在实际种植花丼的大棚中进行测试。由于白天光照充足，大 棚内部可达到20°C以上，到黄昏时温度逐渐下降，但是夜晚需要温度保持在15°C左右，所 以在温度下降到12°C时开启系统以查看升温过程是否达到实际要求。水池中水温可以随 着风机数量的增加或者风速增大而上升。实际测试时，采用3kw的风机一套，水池中水温为 45°C左右。开启系统后，每20分钟记录一次当前大棚内部温湿度值平均值，共记录18次， 时间大概6小时，连续测试三天，得到三组实验数据如下。
[0129] 由温度变化的滑点图可以看出，大棚温度可以有效地上升到所设定的目标温度， 每小时增长I °c左右，且可以让温度控制在目标温度值左右，并且没有超调。
[0130] 图9和图10中由湿度变化的滑点图可以看出，在夜晚大棚湿度会随着温度的上升 而上升，在调节过程中会有一个小超调，不过可以慢慢回复至目标湿度。
[0131] 总体来说，控制温湿度良好，可以有效防止夜间温度下降导致大棚温度骤降对农 作物带来的影响。
【主权项】
1. 一种温室大棚中温湿度控制系统，其特征在于：系统分为保温部分、加热部分和室 内温湿度控制部分； (1) 保温部分：采用两层支撑保温薄膜的支架，匹配两套卷帘机系统； (2) 加热部分：由风力发电机和贮水池组成； a、 风力发电机：使用高效率的三相交流永磁同步风力发电机系统，按照专业步骤安装 风力发电机； b、 贮水池：贮水池采用混凝土浇筑而成； (3) 室内温湿度控制部分：是由xsl28最小系统、键盘模块、12864屏幕显示模块、 zigbee模块、温度传感器模块、温湿度传感器模块、pwm输出模块构成； a、xsl28最小系统：标号31的VDDR引脚作为外部供电电源输入端，标号77的VDDX1 引脚作为外部供电电源输入端，VDDA引脚标号59为外部电源输入端，标号60的VRH引脚 作为A/D变换参考电压，晶振电路连接到芯片上的EXTAL、XTAL引脚上，按钮加阻容电路设 计的复位电路接入芯片中的RESET引脚，P4--BDM接口中3引脚接到芯片BK⑶引脚，4引 脚接到芯片RESET引脚，其他所有的10 口单独引出，供外部模块连接使用； b、 键盘模块：1_8端口分别连接xsl28最小系统中PB0-PB7 口； c、 12864屏幕显示模块：DB0~DB7接口对应xsl28最小系统中PA0~PA7接口，RS、R/W、 E、PSB接口分别对应xsl28最小系统中PE3~PE0接口； d、zigbee模块：米用CC2530芯片，分为模块的供电部分①，信号的收发部分②，时钟部 分③，I/O接口部分④； 模块的供电部分①为整个模块供电； 信号的收发部分②通过SMA接口的射频天线，芯片上RF_P、RF_N两个引脚相连； 时钟部分③为工作芯片及射频信号提供实时时钟； I/O接口部分④，作信号的输入与输出； 其主节点模块中P0-2、P0_3 口分别与xsl28最小系统上PS0、PS1 口相连，分节点中P1 和P2插针分别对应温度传感器模块、温湿度传感器模块中JP8、JP9插排接口； e、 温度传感器模块：温度传感器模块DHT11的2引脚接到JP9插排的5引脚，与zigbee 模块的P0-0 口相连； f、 温湿度传感器模块：温湿度传感器模块DS18b20的2引脚与JP9插排的6引脚，与 zigbee模块的P0-1 口相连； g、pwm模块：是将xsl28最小系统中的PP0-PP7接口外引出来，用作单独的PWM接口。
【专利摘要】一种温室大棚中温湿度控制系统，属于农业技术领域。本实用新型的目的是针对我国东北冬天寒冷天气中温室大棚室内温湿度难以良好地采集与控制，同时为了减轻农民朋友的经济负担和劳动量，克服使用传统供热方式对环境产生污染等的不足，高效、智能地调控温室大棚内部的温湿度的温室大棚中温湿度控制系统。本实用新型的系统分为保温部分、加热部分和室内温湿度控制部分；室内温湿度控制部分：是由xs128最小系统、键盘模块、12864屏幕显示模块、zigbee模块、温度传感器模块、温湿度传感器模块、pwm输出模块构成。本实用新型整个系统装置稳定可靠，并且原理简单，应用领域可以拓展到其他相关的生产设备上。
【IPC分类】G05D27/02
【公开号】CN204650324
【申请号】CN201520214995
【发明人】康冰, 任丽莉, 闫冬梅, 张晓拓, 宗宇轩, 陈华, 徐赛君, 杨洋, 郝云喆, 林智远, 李思宏, 王艺
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年4月12日