0引言
目前蔬菜大棚环境控制存在的主要问题：当蔬菜大棚内的环境不达标时，影响蔬菜的生长，进而影响蔬菜的品质，直接关乎到农户的收入。如果人工进行开启或者是关闭排风扇，那么不知道什么时候开启或关闭排风扇的合适，蔬菜种植农户也不知道蔬菜大棚内的环境情况。如果采用网络技术把检测得到的数据经过单片机进行控制，如果环境合适就不开启排风扇，如果环境不合适就开启排风扇，同时把数据传递的网络在网络端进行显示，用户可以在网络端看到蔬菜大棚内的环境数据，同时，也可以手动远程控制蔬菜大棚内排风扇的开启与关闭。
1研究内容
此课题研究内容如下：
1、硬件的搭建主要涉及是温度、湿度、二氧化碳、光照强度的检测，在下位机把检测到的数据输入到TFT液晶屏上，同时，如果检测到的数据超标，就自动开启排风扇进行降温和降低湿度，如果光照太强，可以关闭窗帘；
2、传感器检测到的数据经过Arduino单片机处理，利用ESP8266 WiFi模块传递到PHP网络端，同时网络端也可以远程控制大棚内的风扇的开启、关闭及转速大小以及窗帘的开启与关闭；
3、传感器的数据不仅可以显示在下位机上，同时也可以上传到网络进行显示，并在网络端利用百度Echarts插件技术显示传感器的数据曲线。
2现有方案对比
方案1：利用排风扇直接进行排风，缺点是不能够实施控制，也不能够看到大棚内的空气的各项指标。
方案2：用传感器检测数据，在网络端显示和控制，利用单片机控制排风扇，数据传输用蓝牙。缺点是控制的距离短，不能够远程控制。
方案3：用传感器检测数据，在网络端显示和控制，利用单片机控制排风扇，数据传输用GPRS。缺点是GPRS流量收费。
方案4：用传感器检测数据，在网络端显示和控制，利用单片机控制排风扇，数据传输用红外遥控。缺点是红外遥控距离短且不能传输传感器数据。
方案5：用传感器检测数据，在网络端显示和控制，利用单片机控制排风扇，数据传输用WiFi，控制距离远且免费。系统采用方案5。
3硬件系统选型
3.1 TFT显示屏
TFT液晶显示屏与12864液晶显示屏相比，具有亮度更亮、像素更高、显示效果更好的特点。在本系统中利用TFT液晶显示屏显示大棚内的环境参数，TFT液晶显示屏具有高亮度、对比度高的特点，显示清晰。TFT液晶显示屏(Thin Film Transistor)是指薄膜晶体管，即每个液晶像素点都是由集成在像素点后面的薄膜晶体管来驱动，从而可以做到高速度、高亮度、高对比度，是目前很好的LCD彩色显示设备之一，其效果接近CRT显示器，是现在笔记本电脑和台式机上的主流显示设备[1]。
TFT液晶显示屏具有自身的有源像素点，同时，这些像素点受到其自身的控制，所以TFT液晶显示屏的对比度和亮度大大提高，分辨率也非常高。TFT为薄膜晶体管有源矩阵液晶显示器件，TFT液晶显示器在每个像素点上设计一个场效应开关管，这样就容易实现真彩色、高分辨率的液晶显示器件。现在的TFT型液晶一般都实现了18bit以上的彩色（218色），甚至达到24bit彩色。
3.2 步进电机
步进电动机（stepping motor）步进电机的控制主要受单片机发出的脉冲信号的数量与频率来控制，单片机发出的脉冲的数量可以控制布进电机旋转的角度，同时，单片机发出发出的信号的频率可以控制步进电机旋转速度的大小，不进电机，在工程上应用广泛。
系统使用步进电机的目的是为了控制窗帘，有时候大棚外面的光照强度比较强，那么，窗帘就可以通过步进电机闭合，如果温室大棚中的光照环境比较弱，那么，就需要用步进电机把窗帘关闭。
步进电动机的驱动电源由变频脉冲信号源、脉冲分配器及脉冲放大器组成，由此驱动电源向电机绕组提供脉冲电流。步进电动机的运行性能决定于电机与驱动电源间的良好配合[2]。
图1 Arduino单片机控制步进电机
3.3 Arduino控制器
本系统的控制器是利用Arduino单片机，该单片机具有使用简单，功能齐全，利用C语言进行编程控制，大大降低了学习的难度。Arduino是一个开放源码电子原型平台，拥有灵活、易用的硬件和软件。Arduino专为设计师，工艺美术人员，业余爱好者，以及对开发互动装置或互动式开发环境感兴趣的人而设的。Arduino可以接收来自各种传感器的输入信号从而检测出运行环境，并通过控制光源，电机以及其他驱动器来影响其周围环境。板上的微控制器编程使用Arduino编程语言（基于Wiring）和Arduino开发环境（以Processing为基础）。Arduino可以独立运行，也可以与计算机上运行的软件（例如，Flash，Processing，MaxMSP）进行通信。Arduino开发 IDE 接口基于开放源代码，可以让您免费下载使用开发出更多令人惊艳的互动作品。
3.4 温湿度传感器
温湿度传感器主要有以下三大类：模拟量型温湿度传感器、485型温湿度传感器、网络型温湿度传感器[3]。
模拟量型温湿度传感器：该类型的传感器可以把传感器检测到的信号转化为标准的工业上应用的电压信号，随着温湿度传感器检测到的模拟量的不同转化为不同的电流和电压值的变化，这样检测到的数据就可以直接连接标准的仪器仪表[4]。
485型温湿度传感器：该类型的传感器利用工业常用的RS485接口协议进行传输，传输距离最多可达2000米，测量温度稳定可靠，电路采用微处理器芯片。
网络型温湿度传感器：该类型的传感器可以利用现有的网络技术把数据传送的更远，主要是利用GPRS、WiFi、以太网的方式把下位机检测到的数据传送到网络中，可以降低施工的成本。
3.5 二氧化碳传感器
二氧化碳传感器：蔬菜大棚中二氧化碳的含量对蔬菜的生长影响比较大，二氧化碳浓度过高会导致蔬菜枯萎，影响菜农的收益，同时，由于蔬菜大棚是一个密闭的环境，所以对二氧化碳的检测要求比较高，需要实时检测。二氧化碳传感器有大致三种：1、红外二氧化碳传感器，它是利用了非色散红外原理对于空气中存在的二氧化碳进行检测，广泛应用于易燃、易爆场所下二氧化碳气体的检测；2、热传导二氧化碳传感器，它会根据混合气体的总导热系数跟着气体含量不同而改变的原理制成的，热传导二氧化碳传感器有二氧化碳检测元件和精度补偿元件组成，这种二氧化碳传感器会根据二氧化碳传感器检测元件的阻值变化，来检测气体中二氧化碳的含量。3、电化学二氧化碳气体传感器，这种二氧化碳气体传感器是将二氧化碳的浓度（或分压）通过电化学反应转变成电流电压信号的一类化学传感器。
4总结
基于Arduino单片机的大棚蔬菜环境控制系统可以检测大棚内的光照、二氧化碳、温湿度的强度，并且检测得到数据可以在下位机TFT液晶显示屏上显示，也可以传送到网络进行显示，如果环境超标也可以进行控制改善，实践证明，该系统具有一定的推广应用价值。
参考文献
[1]王建平，房振洪，焦翠玲，基于物联网技术的智能蔬菜大棚构建. 机械设计与制造，2018：5.
[2]张西良，颜凌波，李萍萍，胡永光，丁飞，环境信息组态监控系统设计. 机械设计与制造，2019：5.
[3]蔡黎，黄勤，代妮娜，谭泽富，一种现代大型农业温室控制系统的设计与实现. 安徽农业科学，2020：14.
[4]王一帆，基于FPGA的物联网温湿度传感器多功能IP核研究与设计.北京工业大学，硕士，2022：85.