基于嵌入式控制器的微型植物工厂系统设计
智能植物工厂标准
智能植物工厂标准概述智能植物工厂（ Intelligent Plant Factory， IPF）是一种利用人工光源、精干育种等技术在封闭空间内生产作物的高效、节能、环保的种植模式。
智能植物工厂通过环境监测和控制系统、光照和气候控制系统、智能育种和数据分析技术等手段，实现对植物生长环境的精细化管理，提供最适宜作物生长的光照、湿度、温度、CO2浓度、营养充分的生长环境，从而实现作物的高效率、连续化、品质化生产。
本标准规定了智能植物工厂设计、建设、运营和管理等方面的基本要求和技术指标，以提高智能植物工厂的种植效率和生产质量，保护生态环境，推动智能农业的发展。
1 总则1.1 本标准适用于智能植物工厂的设计、建设、运营和管理等方面，以确保智能植物工厂的功能、效率和品质的一致性和稳定性。
1.2 智能植物工厂应符合国家现行法规和标准的相关要求。
1.3 智能植物工厂应符合生产工艺的技术要求，确保作物生长环境温度、光照、湿度、CO2浓度、营养等参数的精确控制和调节。
1.4 物联网技术、智能化管理与智能育种技术应用于智能植物工厂的生产和管理。
2 设计与建设2.1 设计要点智能植物工厂设计应考虑生产工艺流程和生产空间的功能需求、环境控制和安全、节能和环保等方面，合理搭配选择耐高温、长寿命和高光效的光源，提供光照、温度、湿度、CO2浓度、营养充分等符合植物生长的生长环境。
2.2 安全要求2.2.2 消防设施应完善，防火、灭火设备应设置在显著位置。
2.3 节能环保要求2.3.1 智能植物工厂应遵守节能、减排和节水等国家和地方环保政策和标准，从而最大限度地提高资源利用效率。
2.3.2 维护与清洁系统应合理选用，以减少对环境和生产的影响，并保证运营人员和商业使用等方面的生产空间的卫生。
3 生产与管理3.1.1 生产指标智能植物工厂应掌握作物的生长周期及生长期的生产指标，定期进行生产数据分析，根据生产数据优化种植方式与种植时间，提高产量和品质。
植物工厂设计方案
植物工厂设计方案1. 引言植物工厂是一种通过控制环境条件来种植植物的现代农业生产模式。
它利用先进的技术手段，如LED光源、温度湿度控制系统等，为植物提供最佳的生长环境。
本文将介绍一个基于垂直种植的植物工厂设计方案，旨在提高植物生长效率和提供高质量的农产品。
2. 设计目标本设计方案的目标是在有限的空间内实现高效的植物生产，并确保农产品的质量和安全性。
具体目标如下：•提供适宜的光照、温度和湿度，以满足植物生长的需求。
•最大化空间利用，通过垂直种植方式提高产能。
•实现自动化控制，减少人工操作和能源消耗。
•保证农产品的无农药残留和纯净度，提供安全的食品。
3. 设计要素3.1 空间布局植物工厂的空间布局应充分考虑到植物的生长需求和操作的便利性。
本方案建议采用多层垂直种植架的布局方式，以最大化空间利用。
种植架的高度和间距应根据植物的生长特性和灯光的照射需求进行调整。
3.2 光照系统植物工厂的光照系统是核心设备之一。
本方案建议使用LED光源，通过控制不同波长的光线和光照强度，以提供最适合植物生长的光照条件。
光照系统还应考虑到节能和照明效果，以确保稳定而高效的生产环境。
3.3 温湿度控制温度和湿度是植物生长的重要影响因素。
本方案建议采用先进的温湿度控制系统，以确保生产环境中的温度和湿度处于最适宜的范围。
系统应配备温湿度传感器，并能自动调整加热、冷却和除湿设备，以维持稳定的生产条件。
3.4 自动化控制为了减少人工操作和提高生产效率，本方案建议实现植物工厂的自动化控制。
通过集成传感器和执行器，可以实现对光照、温湿度、水分和营养等因素的自动调节和监控。
自动控制系统还可以与农业物联网平台连接，实现远程监控和数据分析。
3.5 无土栽培系统为了减少土壤传染病的风险并提高水肥利用效率，本方案建议采用无土栽培系统。
通过在种植架上设置水培槽和营养液供给系统，可以实现植物的根系生长和养分吸收。
无土栽培系统还可以与自动化控制系统集成，实现自动供水和营养液循环。
基于STM32的智慧农业大棚系统设计
STM32单片机
STM32单片机是一种先进的32位微控制器，被广泛应用于各种嵌入式系统中。 它具有高性能、低功耗、易于开发和维护等特点，适用于各种环境下的高效数 据处理和控制任务。在温室大棚控制系统中，STM32单片机可以作为主控制器， 负责采集和处理各种传感器数据，根据预设算法实现对环境因素的调控。
（2）传感器和执行器的选型和接口设计：根据大棚环境因素的监测和控制需 求，选择适当的传感器和执行器型号，并设计相应的接口电路。
（3）数据传输模块的设计：根据实际需要，可以采用有线或无线方式进行数 据传输。如有线传输可选用RS485或CAN总线等方式；如无线传输可选用 Zigbee、NB-IoT或LoRa等技术。
总结本次演示所述，基于STM32的智能农业大棚系统设计具有以下优点：
1、使用STM32作为核心控制器，数据处理能力强，适用于各种复杂的控制场 景；
2、系统结构完整，包括数据采集、处理、控制和反馈等环节，能够实现对大 棚环境的实时监测与控制；
3、电源模块稳定可靠，可适应 各种环境下的电源供给需求。
引言：
随着科技的不断发展，智能化技术逐渐应用于各个领域，其中智慧农业也是其 中的一个重要方向。智慧农业是指通过物联网、传感器、云计算、大数据等先 进技术，实现农业生产的智能化、精细化、高效化和可视化。智慧农业大棚系 统作为智慧农业的一个重要组成部分，可以对大棚内的环境因素进行实时监测 和控制，提高农作物的产量和质量，
系统设计
1、硬件设计
基于STM32温室大棚控制系统的主要硬件包括STM32单片机、各类传感器（如 温度、湿度、光照强度等）、执行器（如通风机、遮阳帘、加湿器等）和人机 界面等。传感器和执行器与STM32单片机之间通过串口或I2C通信进行数据传 输和控制操作。同时，为了方便用户的使用，系统还设计了友好型的人机界面， 用于实时显示传感器数据和执行器状态，以及远程控制温室大棚的环境因素。
《设计与建造“植物工厂”作业设计方案》
《设计与建造“植物工厂”》作业设计方案一、项目背景随着城市化经过的加快和人口增长，人们对食品的需求也在不息增加。
然而，传统的农业生产方式已经无法满足这种需求，因此，新型的农业生产方式——“植物工厂”应运而生。
植物工厂利用先进的技术，将植物栽培环境控制在一个理想的状态，从而提高植物的产量和质量，实现高效的农业生产。
二、项目目标本项目旨在设计并建造一座摩登化的“植物工厂”，实现以下目标：1. 提高植物的产量和质量；2. 减少对土地和水资源的需求；3. 减少对化肥和农药的应用；4. 实现全年无季节限制的生产；5. 探索新型农业生产方式，为未来的农业发展提供借鉴。
三、项目内容1. 设计方案：通过对植物工厂的结构、设备和环境控制系统进行设计，确保植物在最适宜的环境中发展。
2. 建造过程：按照设计方案，选用优质的材料和设备，进行植物工厂的建造。
3. 管理运营：建成后，对植物工厂进行管理和运营，保证植物的正常发展和产量。
四、设计方案1. 结构设计：植物工厂采用温室结构，保持温度和湿度在适宜范围内。
顶部采用通明材料，利用自然光线照射植物。
2. 设备选择：选择先进的灌溉系统、光照设备和温度控制设备，确保植物在最佳环境中发展。
3. 环境控制系统：采用自动化控制系统，监测和调节温度、湿度和CO2浓度，保证植物发展的最佳条件。
4. 种植方案：选择适合植物工厂发展的作物，如叶菜类、水果类等，制定种植计划和管理方案。
5. 节能减排：采用节能设备和环保材料，减少能源消耗和排放，实现可持续发展。
五、建造过程1. 确定建造地点：选择阳光充足、空气流通的地点建造植物工厂。
2. 设计施工图纸：根据设计方案，制定详细的施工图纸，确保施工质量。
3. 采购材料设备：选用优质的材料和设备，保证植物工厂的建造质量。
4. 施工建造：按照施工图纸和设计方案，进行植物工厂的建造，确保工程进度和质量。
六、管理运营1. 人员培训：对管理人员和工作人员进行培训，提高他们对植物工厂管理和运营的能力。
植物工厂项目实施方案
植物工厂项目实施方案一、项目背景。
随着城市化进程的加快和人口的增长，食品安全问题日益受到关注。
传统的农业生产方式受到了空间和环境的限制，而植物工厂作为一种新型的农业生产方式，能够在城市中实现无土栽培，实现全天候的生产，大大提高了农产品的产量和质量。
因此，我们决定开展植物工厂项目，以满足城市居民对优质农产品的需求。
二、项目目标。
1. 建设一座现代化的植物工厂，实现全天候生产优质农产品。
2. 提高农产品的产量和质量，满足城市居民对绿色有机农产品的需求。
3. 探索植物工厂的可持续发展模式，为城市农业的发展提供示范和借鉴。
三、项目内容。
1. 地点选择，选择空旷的城市郊区地段，建设现代化的植物工厂。
2. 设施建设，引入先进的无土栽培技术，配备自动化的灌溉、通风、照明等设施。
3. 种植规划，选择适合无土栽培的蔬菜和水果进行种植，制定合理的种植计划。
4. 管理运营，建立科学的作物管理制度，进行定期的监测和调控，确保作物的生长和品质。
5. 市场销售，与周边超市、餐饮等进行合作，将生产的农产品销售给城市居民。
四、项目实施步骤。
1. 确定项目实施计划，明确项目的时间节点和工作内容。
2. 土地选址和规划设计，确定植物工厂的建设方案和布局。
3. 设施采购和安装，引入先进的无土栽培设备和自动化系统。
4. 种植准备和作物培育，进行种子选育和育苗工作。
5. 生产运营和市场推广，进行作物的生产管理和市场销售。
五、项目预期效果。
1. 生产效益，实现全天候生产，提高农产品的产量和质量。
2. 经济效益，打造绿色有机农产品品牌，实现经济效益和社会效益的双赢。
3. 社会效益，为城市居民提供优质的农产品，促进城市农业的可持续发展。
六、项目风险及对策。
1. 技术风险，引进先进的无土栽培技术，提前进行技术培训和实地考察。
2. 市场风险，进行市场调研，制定合理的市场推广策略，确保产品畅销。
3. 管理风险，建立科学的管理制度，加强作物监测和调控，降低生产风险。
植物工厂方案
植物工厂方案1. 引言随着全球人口的增长和城市化趋势的增强，食品供应链面临着巨大的挑战。
传统的农业生产方式已经显得不够高效和可持续。
因此，植物工厂作为一种新兴的农业技术，受到越来越多人的关注。
本文将介绍植物工厂的概念、工作原理和应用，并提出一种实施植物工厂的方案。
2. 概述植物工厂，也被称为垂直农场、室内农业或城市农场，是一种利用人工控制的环境条件，以最大化作物产量和质量的方式种植农作物的农业生产系统。
与传统的农业相比，植物工厂具有以下优势：•无天候限制：植物工厂不受季节、气候和地域的限制，可以随时生产。
•节省土地和水资源：由于植物工厂采用垂直种植方式，其土地利用效率远高于传统农业。
•减少农药和化肥的使用：植物工厂可以通过人工控制环境条件，降低病虫害的发生率，减少对农药和化肥的依赖。
3. 工作原理植物工厂的工作原理基于以下几个关键技术：3.1 LED灯照明植物工厂使用LED灯作为主要光源，不仅可以控制光照的强度和频率，还可以选择合适的光谱来提供植物所需的光能。
通过调节LED灯的光照参数，可以实现对植物的生长和发育过程进行精确控制。
3.2 温度和湿度控制植物工厂采用恒温恒湿的环境条件，通过空调和加湿设备来控制温度和湿度。
恒定的温湿度有助于植物的正常生长和发育，并减少病虫害的发生。
3.3 CO2浓度控制植物工厂通过控制空气中的CO2浓度，提供足够的二氧化碳供植物进行光合作用。
高浓度的CO2可以提高光合作用的效率，从而增加植物的生长速度和产量。
3.4 水和营养液供应植物工厂将水和营养液通过系统管道供应给植物的根部。
与传统农业相比，植物工厂可以精确控制水和营养液的供应量，从而满足植物的生长需求。
4. 应用植物工厂的应用范围广泛，包括但不限于以下几个方面：4.1 农作物种植植物工厂可以种植各种蔬菜、水果和草药等农作物。
由于可以控制环境条件和光照参数，植物工厂可以实现全年无休的农作物生产，为城市居民提供新鲜的农产品。
《设计与建造“植物工厂”作业设计方案
《设计与建造“植物工厂”》作业设计方案一、项目背景随着城市化经过的加快和人口增长，农业生产面临着空间受限、土地资源匮乏、环境污染等问题。
因此，植物工厂作为一种新型的农业生产模式，受到了越来越多人的关注和青睐。
本设计方案旨在探讨如何设计和建造一座摩登化、智能化的植物工厂，实现高效生产、勤俭资源、珍爱环境的目标。
二、设计理念1. 环保节能：利用先进的设备和技术，最大限度地减少能源消耗和废弃物排放，实现绿色生产。
2. 智能化管理：借助物联网技术和人工智能算法，实现对植物发展环境的精准监控和调控。
3. 多功能性：结合垂直种植、水培技术等多各种植方式，实现多样化农产品生产。
三、设计方案1. 建筑设计：采用摩登化玻璃幕墙设计，最大限度地利用自然光线，减少人工照明。
建筑结构采用轻钢结构，方便快速搭建和改造。
2. 种植系统：引入智能水培系统和气候控制系统，实现植物发展环境的精准控制。
同时，采用垂直种植技术，最大水平地勤俭空间。
3. 营养液循环系统：设计循环利用营养液的系统，减少浪费，提高资源利用率。
4. 自动化管理：引入自动化种植管理系统，实现植物发展过程的自动监控和调节，提高生产效率。
5. 节能环保：采用太阳能光伏板和风力发电设备，实现自给自足的能源供应，减少对传统能源的依靠。
四、实施计划1. 筹办阶段（1-3个月）：确定项目需求，进行市场调研，制定详细的设计方案和预算计划。
2. 设计阶段（3-6个月）：与设计团队合作，完成建筑、种植系统、水培系统等方面的设计工作。
3. 施工阶段（6-12个月）：选择合适的施工团队，按照设计方案进行施工，保证工程质量和进度。
4. 调试阶段（1-3个月）：对植物工厂的各项系统进行调试和优化，确保设备正常运行。
5. 运营阶段：建成后进行试运营，根据实际情况不息优化管理和生产流程，实现高效生产。
五、预期效果1. 提高农产品产量和质量，满足城市居民对绿色有机农产品的需求。
2. 减少土地占用和化肥农药应用，降低农业对环境的影响。
嵌入式系统课程设计题目
嵌入式系统课程设计题目1.ARM系统在LED显示屏中的应用（利用ARM系统控制彩色LED显示屏）2.ARM－Linux 嵌入式系统在农业大棚中的应用（温度、湿度和二氧化碳浓度是影响棚栽农作物生长的3 大要素。
为了实现农业大棚中这3 种要素数据的远程实时采集,引入了当前嵌入式应用中较为成熟的ARM9 微处理器和Linux 嵌入式操作系统技术, 采用温度传感器PH100TMPA、湿度传感器HM1500 和二氧化碳浓度传感器NAP221A ,设计一种基于TCP/ IP 协议的嵌入式远程实时数据采集系统方案。
从硬件设计和软件实现2方面对该系统进行具体设计。
）3.ARM 嵌入式处理器在智能仪器中的应用（设计一种基于ARM 嵌入式处理器系统的智能仪器的硬件和软件设计方案, 并结合uc/o s2II或者Linux嵌入式实时操作系统, 给出一套完整的任务调度和管理的方法, 最后用实例说明）4.ARM系统在汽车制动性能测试系统中的应用（采用ARM系统构建一个路试法的汽车制动性能测试系统）5.ARM 嵌入式控制器在印染设备监控中的应用（针对拉幅热定型机,设计一种基于485 总线的分布式监控系统。
用ARM 嵌入式控制器实现主、从电机的同步运行和烘房温度的控制;在PC 机上用VB6. 0 设计转速和温度的监控画面;实现ARM、变频器和PC 机之间的数据通信。
）6.基于ARM系统的公交车多功能终端的设计（完成电子收费、报站、GPS定位等功能）7.基于ARM9的双CAN总线通信系统的设计（设计一种基于ARM9内核微处理器的双路CAN总线通信系统。
完成系统的总体结构、部分硬件的设计,系统嵌入式软件的设计,包括启动引导代码U - boot、嵌入式L inux - 操作系统内核、文件系统以及用户应用管理软件四个部分。
）8.基于ARM9 和Linux 的嵌入式打印终端系统（嵌入式平台上的打印终端的外围电路连接设计、嵌入式Linux 的打印机驱动程序开发和应用程序的开发）9.基于ARM 的车载GPS 终端软硬件的研究（重点研究基于ARM 的导航系统的软硬件设计）10.ARM系统在B超系统中的应用（完成系统软件硬件设计，包括外围电路）11.基于ARM 的嵌入式系统在机器人控制系统中应用（提出一种基于ARM、DSP 和arm-linux 的嵌入式机器人控制系统的设计方法, 完成控制系统的功能设计、结构设计、硬件设计、软件设计）12.基于ARM的视频采集系统设计（完成系统软件硬件设计，包括外围电路，采用USB接口的摄像头）13.基于ARM的高空爬壁机器人控制系统（构建一种经济型的爬壁机器人控制平台, 与上位机视觉定位和控制系统结合,使其适用于导航与定位、运动控制策略、多机器人系统体系结构与协作机制等领域。
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摘 要 ：采 用 以 A R M 为 核 心 的 低 功 耗 、 高 性 能 的 S T M 3 2 单 片 机 ，研 发 一 种 适 用 于 实 验 室 或 家 庭 的 桌 面 级 微 型 植 物 工 厂 。该 微 型 植 物 工 厂 是 对 大 型 植 物 工 厂 技 术 的 浓 缩 ，能 够 在 较 小 的 空 间 中 进 行 精 准 的 温 湿 度 控 制 、光 照 强 度 光 质 比 例 控 制 和 营 养 液 循 环 控 制 ，为 植 物 提 供 一 个 最 适 宜 的 生 长 环 境 。 系 统 采 用 大 功 率 R G B L E D 作 为 照 明 光 源 ，相 比 于 传 统 照 明 设 施 ，
of high efficiency， high brightness, long life a n d so o n c o m p a r e d with traditional lighting.
long t i m e ， it will generate a lot of h e a t , a n d therefore a water cooling system is a d d e d to the lighting a n d is c o n nected to the nutrient liquid circulation system. T h e w h o l e system not only m a k e s use of the distributed h e a t , but also reduces the temperature of the L E D .
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
This design extends the service life of L E D , saves m o r e energy a n d protects the environment. K e y w o r d s ：Plant factory ； environmental factor control ； e m b e d d e d s y s t e m s ； S T M 3 2 ； L E D
〇 弓 1 言
近些年，随着现代化农业技术的不断进步，植 物工厂及其相关技术也得到了飞速的发展。植物工 厂的发展不仅可以满足人们对安全无公害的农作物
收稿日期：2 0 1 7 - 0 3 - 1 4 基金 项 目 ：中 央 髙 校 基 本 科 研 业 务 费 专 项 资 金 项 目
( 2 5 7 2 0 1 4 B B 0 3 ) ; 国家自然科学基金项目（ 31270757; 3 1 4 7 0 7 1 4 ) 黑
desktop mini - plant factory for laboratory or h o m e use.
w h i c h c a n precisely control te m p e r a t u r e , h u m i d i t y , light intensity, light quality ratio a n d nutrient circulation in a small space a n d c a n provide a n o p t i m u m e n v ironment for the growth of plants. H i g h - p o w e r R G B L E D is u s e d as light source b e c a u s e it has the advantages If the high - p o w e r R G B L E D w o r k e d for a
LED (2017) 04-0058 -07
文 章 编 号 ： 1001 - 0 0 5 X
Design of Mini - Plant Factory System Based on Embedded Controller
Jia Heming, Zhu Chuanxu, Song W enlong* * ， Yang Yiwen
L E D 光 源 具 有 效 率 高 、 亮 度 大 、 寿 命 长 等 优 点 。 由 于 大 功 率 R G B L E D 长 时 间 工 作 发 热 量 较 大 ，所 以 在 灯 组 后 加 入 水 冷 散 热
系 统 ，并 接 入 营 养 液 循 环 系 统 ，不 仅 利 用 了 散 发 的 热 量 ， 而 且 降 低 了 L E D 的 温 度 ，延 长 了 使 用 寿 命 ，更 加 节 能 环 保 。 关 键 词 ：植 物 工 厂 ；环 境 因 子 控 制 ；嵌 入 式 系 统 ； S T M 3 2 ; 中 图 分 类 号 ：T P 273 文 献 标 识 码 ：A
( College of M e c h a n i c a l a n d Electrical E n g i n e e r i n g , Northeast Forestry University, H a r b i n 1 5 0 0 4 0 ) A b s t r a c t ：In this paper, an A R M - based, l o w - p o w e r a n d high - p e r formance S T M 3 2 microcontroller is u s e d to develop a T h e mini - plant factory is a concentration of large plant factory technology,
第33卷 第 4 期 2017 年 7 月
FOREST ENGINEERING
森 林 工 程
Vol. 3 3 No. 4 July, 2 0 1 7
基于嵌入式控制器的微型植物工厂系统设计
贾 鹤 鸣 ，朱 传 旭 ，宋 文 龙 # ，杨泽文
( 东 北 林 业 大 学机电工程学院，哈 尔 滨 150040)