基于Arduino的智慧农业大棚环境监控系统设计

基于Arduino的智慧农业大棚环境监控系统设计

随着科技的不断发展，智慧农业已成为现代农业的重要发展方向。本文将介绍一种基于Arduino的智慧农业大棚环境监控系统，该系统通过传感器监测和自动化控制，实现了对大棚内温度、光照和土壤湿度的智能化管理。

系统设计概述

本研究设计的智慧农业大棚环境监控系统以Arduino为核心，结合温度传感器、光照检测传感器和土壤湿度传感器，实现了对农业大棚环境的智能控制。系统能够自动检测大棚内的环境情况，当检测到环境数据不佳时，将自动启动相应的控制系统，确保大棚内的运行环境稳定，从而保证农作物适宜的生长条件。

系统硬件电路设计

温度检测传感器模块

该系统采用DS18B20温度检测传感器，其封装小、抗干扰能力强，检测温度范围为-55～+125 °C。传感器与Arduino的电路连接如图1所示。

土壤湿度检测传感器模块

采用电阻式土壤湿度传感器Soil Moisture Sensor，工作电压为5 V，可测量土壤的含水量。传感器表面进行了镀金处理，加强其导电性和抗腐蚀性。传感器与主板连接的电路如图2所示。

光检测传感器模块

通过光敏电阻对大棚室内的光照强度进行监测。光敏电阻是一类利用半导体材料制造的电阻器，其内部电阻值会因检测到的光照强度不同而发生变化。光敏电阻与Arduino主板连接电路如图3所示。

大棚补光模块

采用PWM技术进行自动调光，通过调整占空比来控制流过电流的大小，从而调整LED灯的亮度。波形图如图4所示。

系统软件设计

系统需要采集大棚内的温度、光照强度、土壤湿度，并将采集到的数据跟设定值进行对比，根据实际需要来控制相应设备的工作状态，从而调整大棚内的环境状态。系统的工作流程如图5所示。

系统测试

测试选用的模块包括一个温度传感器、一个光敏传感器、一个土壤湿度传感器、一个通风散热/加热模块、一个光电控制模块、一个灌溉系统。测试结果显示，系统能正常上电、初始化，能同时对大棚温度、光照强度、土壤湿度进行检测，并对检测到的数据进行处理，控制相应设备启动或停止工作。

结语

经过测试功能调试，系统上电初始化后，能根据所处的大棚环境，实时检测大棚内的温度，若检测到的温度高于或低于设定值，自动开启散热或加热系统；若检测到的光线强度低于设定值，自动开启补光灯，并根据实际情况自动调节补灯光；若检测到的土壤湿度低于设定的400%RH，可自动开启灌溉系统，直到检测到的土壤湿度高于400% RH。同时，由于不同农作物生长需要的生长温度、光照、土壤湿度不同，可通过修改程序的设定值，将该系统应用于不同的农作物种植大棚。该系统操作简单、成本低、检测准确度高、稳定性好，可实现农业大棚种植的自动化、智能化，且其功能调试状态良好，达到预期效果。