农用温度监测及报警系统的研究与设计

引 言

随着科技水平的不断提升，人们对生活质量的要求也随之升高，希望一年四季都能享用自己喜爱的菜肴，这对新农村建设和农业现代信息化建设提出了新的要求。而现代农业又同时面临着农民逐渐减少及老龄化等问题 [1,2]。现代农业的发展迎来了新的挑战和机遇，如何保证蔬菜、水果、牲禽等的合适培养环境成为重要问题之一

为保证各类农业生产的适宜环境温度 [3,4]，有必要设计一种农用恒温控制系统。又因为近年来恶劣气候频繁出现，在极其恶劣的坏境下很多农业设备无法正常运转，因此有必要在系统中加入报警模块，以便长时间达不到合适温度时进行报警提醒农民采取应急措施，减少损失

1 总体方案

本文主要设计了一种农用恒温控制及报警系统装置，装置正常工作时可实时监测外界温度，与所设定的阈值及允许误差范围相比较，若误差超出允许范围则控制相应设备运行以便调节温度，直至误差调节到允许范围后停止，且当温度在一定时间内无法达到允许误差范围内时报警，提醒农民查看相关设备是否损坏，以便及时采取应急措施，减少损失。装置整体运行如图 1 所示

2 关键模块设计

装置主要包含单片机控制系统、电源模块以及报警系统三部分

2.1 控制系统

单片机控制系统主要用于监测实时温度，将相关温度信号转化为电信号，与所设定的阈值及允许误差范围相比较，向温度控制设备发送运行或停止命令。若长时间达不到正常温度则报警系统报警。单片机控制系统如图 2 所示

系统采用 PID 控制器进行自动调节控制，PID 控制器结构简单、容易实现、自动调节效果较好，已被广泛应用于工业控制中，其控制结构如图 3 所示

按系统框图设计其具体电路，如图 4 所示

2.2 电源模块

由于农村地理位置相对空旷，阳光照射条件较好，可采用太阳能光伏电源与锂电池相配合的电源模块 [5,6] 来给系统供电，其结构如图 5 所示

RT9525 充电管理芯片及其外围电路可实现对所述单节锂电池的充放电管理，当芯片检测到输入管脚（VIN）的电压较大时，将给电力设备供电，以及为锂电池充电 ；当芯片检测到VIN 管脚的电压仅够向电力设备提供电能时，优先给装置供电停止对锂电池充电 ；当芯片检测到 VIN 管脚的电压小于装置供电时，RT9525 充电管理芯片控制锂电池放电给装置供电整个运行过程可使装置得到安全稳定不间断的电能 [7-10]

2.3 报警系统

报警系统主要由RF 射频模块及后台上位机构成，系统在正常工作无需报警的情况下，射频模块每隔 15 分钟便利用ZigBee 协议发送温度数据至后台上位机并保存，当超过 1 小时温度还无法达到规定误差范围时，射频模块在发送温度数据的同时激发后台上位机相关程序报警，提醒农民采取应急措施

3 实例验证

将设计的装置置于某蔬菜大棚进行实验验证，设定标准温度阈值 15℃，误差不超过 0.5℃，运行一段时间后，读取后台上位机所保存的温度数据，图 6 所示为有代表性的两装置在某一天 24 小时内的温度数据，其中横坐标为时间，纵坐标为温度

如图 6（a）所示，装置运行正常，且温度控制设备未损坏温度一直控制在允许误差范围内，超出误差范围后也可迅速调节至标准范围内，无报警记录，装置正确有效。如图 6（b）所示装置运行正常，但温度控制设备在某一时间出现故障，查报警数据后发现温度在 1 小时内未达到标准，有报警记录，经简单检查，发现温度控制设备电源出现故障，抢修1 小时后恢复正常装置正确有效

4 结 语

随着科技水平的不断提升，人们对生活质量的要求也随之升高，这对新农村建设和农业现代信息化建设提出了新的要求。本文设计了一种农用恒温控制及报警系统装置，装置在正常工作时可实时监测外界温度，与所设定的阈值及允许误差范围相比，若误差超出允许范围则控制相应设备运行以便调节温度，直至误差调节到允许范围后停止运行。若温度在一定时间内还达不到允许误差范围，则报警，提醒相关设备可能由于天气等原因损坏，应及时采取应急措施，减少损失。正常运行时装置能实时记录温度数据，未出现误报警现象，当温度控制设备出现故障时，装置能正确发出报警信号。经实验验证，所设计的装置正确有效，能满足农业生产需求