本项目旨在设计一款基于云平台的用于培育种苗、提升幼小植株成活率的智能环境调控育苗系统。该系统以STC8H8K64U单片机为主控单元，可通过光敏、湿度、热敏、紫外线等传感器进行检测，经加湿泵、PTC电阻丝、遮光帘电机、通风除湿扇、补光灯等执行机构调节箱内环境，为种子提高适宜发芽生长的温度、湿度、光照、紫外线、气压等条件，使种子、植株能够处于一个生长效率最高的环境下，提高移植成活率，进而提升经济效益。

同时，运用互联网，各项环境数据经WIFI模块传输至云平台，可通过手机APP实现实时监控，查看及控制育苗状况，实现交互，突破了数据监控的时间与空间的局限性，体现了当前控制领域的云特征。此外，本系统创新性地融入昆仑通态触摸屏技术，为用户提供了一个直观、便捷且交互性极强的操作界面。通过这一先进的触摸屏技术，用户不仅能够轻松实现对系统各项参数的实时监控与精准设置，还能以可视化的方式深入了解育苗过程中的各类数据变化趋势，极大地提升了操作体验与管理效率。

摘要：本项目设计了一款基于云平台的智能环境调控育苗系统，是用于培育种苗、提升幼小植株成活率的小规模箱型设备。该育苗箱利用多种传感器检测环境数据，通过执行机构调节箱内环境，为种子和植株提供适宜生长条件，提高移植成活率与经济效益。本育苗系统创新性融合昆仑通态触摸屏技术，结合四线制恒流源测温、高精度电阻检测和模糊PID控制算法，构建了更直观的人机交互界面与精准环境调控体系。通过云平台远程监控系统，实现了育苗过程的智能化管理与可视化操作，显著提升了用户体验。系统在传感器网络布局、控制算法优化及人机交互设计等方面取得突破，已获得多项行业奖项、软件著作权和实用新型专利。该技术集成方案不仅适用于科研机构、农业企业的专业化需求，也能满足家庭用户的便捷操作要求，为现代农业向智能化、可视化方向发展提供了创新性解决方案。

关键词：育萃云圃；智能育苗；云平台；精准控制；环境调节；创新性

1．研发背景

农业是我国国民经济的基础，是人类社会的衣食之源、生存之本，是支撑整个国民经济不断发展与进步的保障，是工业等其他物质生产部门与一切非物质生产部门存在和发展的必要条件。

农业生产链当中包括很多环节，其中种子是农业种植生产的前提和基础，是最上源，直接影响着农作物的质量以及产量。基本上所有的农业种植生产都需要种子，因此需要提高对种子的重视程度，而在这方面，不光要依靠优良的种子品种，同时也需要保证其发芽率和幼苗成活率。种子发芽需要有阳光的照射，需要呼吸氧气，吸收水分，还要提供给它一定的温度，只有满足这四种条件，种子才能顺利发芽，缺一不可。

当前，农业生产中多传统露地直接育苗种植，这种育苗形式不能人为的控制或改变育苗过程中所处的环境条件，同时也易遭受自然灾害影响，播种质量低，出苗质量低，会产生一定程度的浪费及亏损。而育苗移栽，其可以通过人为创造的良好育苗环境，避免病虫害和自然灾害的影响，最大限度地提高种子发芽率和幼苗成活率，节约了用种量，缩短了在定植田中的生育期，提高了土地利用率，从而促使农作物获得高产。但是，能够真正做到自我育苗的，相对较少，大多为直接购买幼苗，因此，需要一款专业化、操作简单、方便管理的育苗设备。

随着5G、互联网、云计算等越来越多的硬核科技走进农田，农业生产从“体力活”变为“技术活”，科技正在深刻地改变着农业生产的方式，育苗方面，仍大有可为。

并且近年来，中小型农户数量在不断的增加，同时对高品质蔬果更加追求，需要前期的种苗培育，服务的消费团体越来越大。随着社会主义精神文明的建设，追求美好生活的需求越来越强烈，更多家庭、个人注重起花卉的种植，对花卉幼苗的培育需求也越来越高，服务数量可观。

2．研发意义

（1）促进精准农业发展：

育苗箱的智能化管理系统，能够实时监测和调节温度、湿度、光照等环境因子，为作物提供了最佳的生长条件。这种精准的环境控制技术，不仅提高了育种效率，也为精准农业的实施提供了技术支撑。通过对作物生长数据的收集和分析，育种箱为农业生产提供了科学依据，有助于实现资源的高效利用和产量的最大化。

（2）推动绿色农业转型：

育苗箱在设计上的节能减排特性，体现了绿色农业的理念。其高效的能源利用和减少化学品使用的能力，有助于降低农业生产对环境的负面影响。并且通过培育，幼苗更加健壮，适应环境变化能力增强，可减少后期对农药的依赖，促进了农业生产的绿色转型。

（3）增强应对气候变化的韧性：

气候变化对农业生产构成了严峻挑战。育苗箱通过模拟不同的气候条件，尝试培育出能够适应极端天气的作物品种，增强了农业生产系统的气候韧性。这些耐旱、耐盐碱、耐高温的新品种，为农业生产提供了抵御气候变化冲击的有效手段。

3．研发方案

3.1测温系统

由STC8H单片机、PT100温度传感器、A/D转换、基准电源、D/A转换、V/I变换电路、串行通信及显示电路等几部分组成。

图1  高精度测温仪的硬件电路

智能感知中枢：搭载STC8H高性能单片机作为核心运算引擎，构建温度感知的智慧大脑。PT100热电阻传感器化身敏锐的“数字神经末梢”，将温度信号精准捕捉并转化为数字量，经A/D模数转换模块完成信号的高精度解析，为温控决策提供可靠依据。WDT/E2PROM监控芯片如同24小时值守的“数字保镖”，实时监测系统运行状态，保障系统安全稳定。其内置的非易失性存储单元，化身“数字记忆体”，精准存储云平台下发的配置参数。系统启动时，自动调取记忆数据，完成智能自校准与参数初始化，实现即启即用的自主运行模式。云端互联与智能交互：通过高速串行通信链路搭建“数字信息高速公路”，实现测温系统与云平台的无缝连接。支持远程在线参数调优，数据实时上传云端存储，生成可视化温度变化曲线，让历史数据“活起来”。显示模块化身为“数字窗口”，实时呈现温度数据，同时通过串口将数据实时同步至云端，构建“端-云”协同的全维度监控体系。智能控制闭环：集成D/A与V/I转换电路，将数字控制指令转化为模拟控制信号，如同赋予系统“灵巧双手”，只需接入少量执行设备，即可快速搭建温度实时调控闭环，实现从感知、决策到执行的全流程智能化控制。

3.2云平台的设计与构建

云平台测温系统构建智能感知网络，PT100热电阻传感器化身数字神经元，嵌入测温仪后通过WiFi组网，实时采集温度数据。无线测温收发器作为边缘计算中枢，以ModBus协议整合数据，经RS-485总线传输至无线测控终端。终端搭载AI算法，实现温度实时可视化、智能预警，通过5G/互联网与云端无缝对接。用户可通过APP远程操控，完成数据回溯与智能分析，打造物理世界与数字空间实时交互的智慧测温体系。

图2 拟采用的云平台测温系统结构图

图3   设计基础流程图

3.3电流输出DAC接口设计

在智能温控系统的神经末梢，由AD566A与AD694组成的数字-物理转换引擎，构建起数据驱动的控制链路。12位高速电流型D/A芯片AD566A，凭借极简双电源架构（-15V工作电压与+10V驱动电压），化身数字信号的“量子隧道”，将测温系统输出的数字指令瞬间解码为模拟电流脉冲。AD694作为智能驱动中枢，不仅提供稳定的+10V能量基座，更内置动态缓冲放大器。它如同数字信号的“变形金刚”，利用AD566A的内部电阻矩阵，将满幅电流脉冲精准重塑为10V标准电压信号，完成从电流态到电压态的形态跃迁。双芯协同构建的数字-物理转换矩阵，将抽象的数字控制指令，实时编译为具备长距传输能力与强载流特性的4-20mA工业级电流信号。这些承载着智能决策的“数字电流洪流”，通过工业总线奔涌至执行终端，驱动智能温控设备实现纳米级精度的环境调控，完成从数字世界到物理空间的精准映射与闭环控制。

3.4测温电路及PCB设计为提高设计的效率，降低成本，设计中拟利用 Proteus 软件对设计进行仿真与调试（图4），PCB设计采用Altium Designer（图5），仿真是利用 STC15 单片机代替STC8H核心，AD7793进行信号采样，LCD1602 液晶显示器显示温度信息，实时测量温度，并设置不同的采集参数，仿真结果用于验证采用四线制PT100温度传感器与STC8H单片机相结合的检测精度与控制方式，取得相应的数据，为电路设计和程序改进提供基础，提高设计效率。

    图4  proteus 仿真测温电路        图5 PCB 设计电路    

 4．样机与实物模型

4.1样机照片

样机照片

4.2样机实现功能

（1）手动模式

将S1拨动开关（蓝色）的4号开关拨向上方，其余开关在下，此时进入手动模式；

四个按动开关（黑色）K1、K2、K3、K4分别控制加热、水泵、通风电扇、蜂鸣器声响。

（2）自动模式

将S1拨动开关（蓝色）的3、4号开关拨向上方，其余开关在下，此时进入自动模式；在手机端设定相关参数的数值，设备则会按照设定值自动运行。

4.3实物模型照片

               实物照片

5．创新点及应用

（1）精准的温度测量与控制技术创新及应用

本育苗箱创新性地采用四线制恒流源测温电路。此电路设计基于对电路原理的深度剖析与精妙运用，从根源上规避了传统测温电路中因接线电阻降压而产生的测量误差问题。通过独特的四线配置，其中两根导线负责提供稳定的恒定电流，另外两根用于精确测量电压。凭借这样的精巧设计，温度测量精度可达±0.5℃ 以内。相较于市面上多数常规育苗箱 ±1 - 2℃ 的测温精度，实现了质的飞跃。这一卓越的高精度温度测量技术，能够敏锐且精准地捕捉温度的细微变化，为种子与幼苗营造出更为契合其生长特性的环境。在实际应用场景中，无论是蔬菜、瓜果，还是花卉等各类植物的育苗过程，都能借助这一精准的温度控制技术，确保始终处于最适宜的温度条件下茁壮成长，进而显著提升发芽率与成活率。

（2）智能控制算法的创新应用优势

育苗箱深度融入模糊PID算法，该算法以现代控制理论体系的坚实基石为依托，借助模糊集合论和模糊逻辑推理，对误差及其变化率展开深层次的模糊化解析，进而实现对PID参数的实时动态、自适应式智能调优。与传统PID算法相比，模糊PID算法展现出卓越的性能优势，在面对非线性、不确定性系统时，能够精准洞察系统内部复杂的动态变化机制，有效化解系统运行过程中面临的诸多不确定性因素。当遭遇环境温度急剧变化或其他外部干扰时，模糊PID算法凭借其高效的运算机制和快速的响应能力，迅速下达精准的控制指令，驱动育苗箱温控系统及时做出调整，确保箱内温度能够在短时间内稳定回归设定值，最大程度降低温度波动对种子萌发和幼苗生长的潜在危害。在实际育苗作业中，模糊PID算法基于对不同品种种子在各个育种关键阶段独特温度需求的深度挖掘与精准把握，定制并实施高度个性化、精细化的温度调控策略。这种智能化、精准化的温度控制模式，不仅显著提升了育苗过程中温度调控的精度和稳定性，为种子和幼苗营造出更为适宜的生长微环境，大幅提高育苗的成功率，更为农业科研人员开展前沿性、精准化的育种实验提供了强有力的技术支撑，为农业种植者批量培育高品质种苗奠定了坚实基础，助力现代农业生产向智能化、精准化方向加速迈进。

（3）云平台与数据传输创新助力农业管理

在农业测温控温箱方案的构建中，创新性地融合了昆仑通态触摸屏技术，这一技术集成了工业自动化领域的前沿交互理念与先进显示技术。通过高分辨率的可视化界面，用户得以实现对系统参数的精准调控与设备运行状态的直观监测，极大地优化了人机交互体验。各项环境数据借助WIFI模块稳定传输至云平台，用户凭借手机APP即可突破时空限制，实时监控育苗箱状态。在云端，依托先进算法对温度、湿度等数据进行深度分析与挖掘。这一创新成果在农业育苗领域意义深远，为农业种植者、园艺爱好者提供了便捷的环境数据获取途径，助力其及时调整育苗策略；教育和培训机构可借此开展远程教学与实践指导；农业科研人员也能借助云平台的海量数据，深入探索作物生长规律，为农业生产提供科学依据，推动农业智能化发展进程。

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审定：王宇锋    责编：赵旭 + 投诉举报