AVR现代设施农业的监控系统设计

摘要：

我国是个农业大国，我国农业生产技术装备水平与劳动生产率水平均较低，农业基础设施薄弱，抗灾害能力差。我们设计的这套系统就是利用科学技术来管理农业生产，提高生产率，降低生产成本。

设施农业是是综合利用先进的设施设备和先进的生产技术，人为地创造动植物生长发育所需要的最佳环境条件，并通过科学的技术管理，最大限度地提高土地产出率、资源利用率、劳动生产率和产品商品率，从而获得最佳经济效益、生态效益和社会效益的一种生产方式。相比于传统农业，具有空间利用率高、生产周期短等突出优势，成为国内外广泛采用的一种农作物生产方式。针对现代设施农业要求，设计集温度、湿度、CO₂浓度和光照度于一体的参数采集系统，并结合作物与LED光学特性的关系，设计LED光谱可调的光源控制系统，用于作物环境的补光照射。监控系统取代了传统的人工监控方式，自动化程度大大提高。系统根据不同作物的要求，采用不同光谱进行补光照射，更有利于作物的生长。

1. 监控系统组成

根据农作物种植的需求，设计适合于现代设施农业用的多参数监控系统，主要包括光照、温度和湿度等参数的监控和LED光源的光谱调节功能，采用本系统进行农作物补光，可以根据特定植株的特点，选择不同的控制LED光谱范围，从而实现光源的柔性控制。系统组成如图1所示。

图1 系统组成

1.1 参数测量端

针对需要采集的四种参数及其特点，设计参数采集模块。温度测量采用DS18B20型温度传感器，该传感器采用单总线接口，测量温度的范围在－10度到＋85度之间，测量的温度精度约为±0.5度，能够满足作物环境的温度精度要求。湿度参数测量采用CHTM-02NA型传感器，输出模拟电压信号0-3V，湿度测量范围10% - 95%RH。CO₂浓度测量采用MG811型传感器，测量范围350—10000ppm，输出模拟电压30-50mV。光照度测量采用光电池。光电池是一种利用光生伏特效应制成的光电转换器件，通过将光信号转变为电信号来检测待测量。

1.2控制器芯片

现代设施农业要求同时测量大棚环境中多点的各个参数，因此对数据的实时性和处理速度要求较高，因此微处理器采用MEGA128，MEGA128是ATMEL公司研制的基于AVR RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器。由于其先进的指令集以及单周期指令执行时间，MEGA128的数据吞吐量高达1MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾，具有较高的性价比和高稳定性的微控制器，最高工作频率为16MHz。MEGA128通过扩展一系列完整的通用外围器件，使系统费用降至最低。它具有SPI、JTAG和PWM定时器、片内A/D转换器等，可以满足本设计的要求。