1、南 阳 理 工 学 院本科生毕业设计（论文）学 院：电子与电气工程学院专 业： 电子信息工程 学 生： 赵中源 指导教师： 曹原 完成日期 2015 年 5 月南阳理工学院本科生毕业设计（论文）智能大棚管理系统设计Design of Intelligent Greenhouse Management System总 计： 66 页表 格： 4 个插 图： 35 幅南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计（论文）智能大棚管理系统设计Design of Intelligent Greenhouse Management System学 院： 电子与电气工程学院 专 业： 电子信息工程 学 生
2、 姓 名： 赵中源 学 号： 1109635002 指 导 教 师（职称）： 曹原（讲师） 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 南阳理工学院Nanyang Institute of Technology智能大棚管理系统I智能大棚管理系统设计电子信息工程专业 赵中源摘 要 本系统以 AT89C52 为核心，通过温度传感器 DS1820、温湿度传感器DHT11、土壤湿度传感器、光照强度传感器 BH1750FVID 分别采集温室大棚内的温度、空气湿度、土壤湿度、光照强度。由诺基亚 5110 液晶来实时显示各传感器采集到的数据。用户根据需要预先输入预设值，当实际测量的温湿度和光照强度不符合预设的温湿度
3、和光照强度标准时，发出报警信号，并通过加热电路控制加热丝加热提高温度，转动风扇降低温度，控制抽水电机调节湿度，控制 LED 调节光照强度，为大棚提供适合的生长环境。从而提高农作物生产效率改善作物生长条件。 关键词 蔬菜大棚；温控系统；光控系统；湿控系统；信号处理系统Design of intelligent Greenhouse Management SystemElectronic And Information Engineering Specialty ZHAO Zhong-yuanAbstract:The core of this system is AT89C52.Collect t
4、he temperature ,humidity of the air,humidity of the soil and light intensity in the greenhouse by temperature sensor DS18B20 ,humidity sensorDHT11,soil humidity sensor ,light intensity sensor BH1750FVID.Display all the collected data on the Nokia 5110 LCD.Input the set-point value wanted by the user
5、s and send alarm signal when the measured valued different from the set-point and start the control circuit to adjust the value at the same time,which can improve the grow situation of the crops.Key words:Vegetable greenhouse;temperature control system;light control system;humidity control system;si
6、gnal handle system智能大棚管理系统II目 录1 引言.41.1 选题背景与意义.41.2 国内外研究现状.41.3 主要研究工作与论文内容安排.62 系统整体方案设计.62.1 系统简介.62.2 系统总体设计.72.2.1 设计思想.82.2.2 系统组成.82.2.3 系统功能以及优势及特点.92.3 本系统主控芯介绍.93 信号采集分析部分设计.123.1 温度检测控制部分设计.123.1.1 测温方案的选择.133.1.2 温度传感器的使用.133.1.3 温度检测控制部分的组成和实现.143.2 湿度检测控制部分的设计.153.2.1 湿度检测控制部分分析.163.
7、2.2 土壤湿度检测部分的实现.173.2.3 空气温湿度检测部分的实现.183.3 光照强度检测控制部分的设计.203.3.1 光照强度检测控制部分组成及设计.213.3.2 光照强度传感器的使用.213.3.3 光照强度检测部分的实现.223.4 显示部分的设计.234 信号处理调节部分.244.1 外设硬件设计.254.2 驱动外设的作用.254.3 电源电路的设计.26智能大棚管理系统III5 软件设计部分.285.1 程序编写方法的选择.285.2 模块化设计.285.3 主程序设计.285.4 系统调试.285.4.1 调试手段.295.4.2 系统调试与结果分析.305.4.3
8、实验结果分析.31结束语.33参考文献.34附录.35致谢.63智能大棚管理系统11 引言1.1 选题背景与意义随着科技每日一新的发展，人们在生活方面的要求也在不断的提高，绝大多数人都希望有什们东西可以代替人工。而且智能化的产品工作的效率和质量都相对比人工要高，在当今这个社会中，科技的创新正以飞快的速度向前发展。温室智能系统是保障温室正常运作的控制系统 1 。现代化农业中保证农作物生长环境最总要的一环就是检测农作物生长环境的一些重要因素。例如：空气中的湿度、温度、土壤的含水量等。在当代农业生产中发挥着巨大的作用是以智能大棚蔬菜管理系统。温室农业设施在现代化农业生产过程中发挥着很大的作用。 大棚
9、内的温度、湿度、与二氧化碳含量和土壤汗水量等参数，直接关系到蔬菜和水果的生长。然而当前大多对大棚温度、湿度、二氧化碳含量等作物生长环境的的检测与控制都采用人为管理，这样不可能避免的有劳动强度大、测控精度低以及由于测控不及时等毛病，非常容易造成不可弥补的损失，结果是不但大大增加了生产成本，还浪费了大量的人力资源，而且很难达到想要的效果。因此，科学合理地调节大棚内温度、湿度以及二氧化碳的含量是大棚蔬菜控制系统自动化发展和农业发展的必要。它能使大棚内形成有利于蔬菜，水果等作物生长的环境。当前，随着反季节蔬菜大棚的迅速增多，怎么提高其农作物产量变成了人们所关注的问题，人们对大棚的性能要求变的越来越高，
10、特别是为了提高生产效率减少人力资源投入，对大棚的自动化程度要求也变的越来越高。由于单片机及各种电子器件价格低廉，使得这种要求变为可能。本文提出了一种以 MCS-51 系列的 AT89C51 单片机为控制核心的环境检测的测控系统，主要是为了对温室大棚内温湿度度、光照强度、土壤湿度进行可靠地检测与控制而设计的。1.2 国内外研究现状(1)国外状况温室的智能控制便是于二十世界九十年代中期问世 2 。世界发达国家如荷兰、美国、等大力发展集约化的温室产业。温室内温度、光照、水分、湿度实现了计算机调控。从品种选择、自动栽培管理到采收包装形成了一整套完整的规范化技术体系。智能大棚管理系统2计算机发明最早的国
11、家是美国，美国同样也是将计算机用在温室控制和管理最早、最多的国家之一。 美国有发达的设施栽培技术。美国的综合环境控制技术水平也非常高。计算机控制环境主要用来对温室环境(栽培环境和气象环境)进行监测和控制。以蔬菜温室为例，温室内监控项目主要包括水温、土壤温度、气温、通窗状况、相对空气湿度、泵的工作状况、CO2 浓度、H 调节池和回流管数值；室外监控项目主要包括大气温度、风向风速、太阳辐射强度、相对湿度等智能大棚管理系统的应用给种植者带来了一定的经济效益，提高了生成水平，减轻了技术管理工作量，同时也为种植带生长来了很大方优势。从 20 世纪 80 年代以来以园艺业而文明的的荷兰就开始了全面发展温室
12、计算机自动控制系统；并不间断地开发模拟控制形软件。荷兰拥有玻璃温室 1.2 万多平方米，占世界 1/4 左右，有 82的温室用户使用计算机控制温室环境。由荷兰开发的智能温室计算机控制系统采用计算机进行参数设置和必要的信息显示。此系统可绘制出设相应的特定参数及修正值曲线和测量的测量数据曲线。温室计算机控制系统还能从数据库内调出相应的时间段内的特定参数，方便于于必要的重要数据查询。大棚温室计算机智能控制系统可直接对计算机进行串口操作，方便完成上位机和下位机之间的通信控制等操作。上位机软件可进行数值设置、信号信息的显示、以及控制外设等功能.同时还能够很好地完成温室灌溉和环境因素的控制和管理。此外，国
13、外温室业正着重于向高科技方向发展。网络技术、遥测技术和控制局域网等技术开始逐渐应用于温室系统的监控、管理和控制中。控制功能要求能在远离温室的计算机控制室的前提下完成，即远程控制。此外外该网络还连接有多个通讯平台。用户可以在不同的地方通过上位机的操作界面与大棚的控制系统进行控制如同现场操作一样。通过智能大棚管理系统我们可以提高生产效率，腾出更多的时间做更多的事情，国外起得了不错的成绩。(2) 国内状况20 世纪 70 年代我国业计算机开始应用而温室控制与管理领域于 90 年代开始。 21世纪以来，中国的农业科学研究院、农业气象所和作物花卉研究所。研制并开发了温室监控与管理的系统，并开发出了关于的
14、控制软件；90 年代中后期，北京理工大学杨定天等人研制开发出了温室软硬件监控系统。它能对施肥系统、温度、光照、CO2 、施肥等进行综合控制。它是当前国产化温室智能控制系统比较典型的研究。在这个期间，云南大学、中国科学研究所、石家庄现代化研究院、上海植物研究所等单位也都侧重不同领域的不同方面，研究温室大棚设施的计算机监控与管理技术。 “九五” 期间，国家科技研究项目和国家自然科研究院都首次增加了智能化农业(设施农业)研究项目的智能大棚管理系统3投资。并且在这个项目中加大了单片机研究的力度。其中“九五” 国家重大自然科技工程“工厂化高效率农业示范工程” 中设置了“智能型连温室结构及调控设施的优化设
15、计及实施”的专题栏目。需温室管理者与温室控制系统的相互结合达到集成一体的人机智能系统，是未来温室控制系统的发展方向 3。湖北职业技术学院的王西平在 20 世纪 70 年代末研制了作物大棚温湿度测量系统。此系统能对大棚内的温湿度进行实时测量与控制。智能温室自动控制系统，能够有效地提高作物产量。还能缩短生长期、减小人工操作的盲目性。云南农业大学研制成功“WG-1”温室环境监控计算机监控系统，采用了分布式控制系统。河北省农科院植物研究中心和河北省自动控制中心合作研制出了“Cu I 型智能化温室自动检查控制系统” 。采用上位机加 PLC 的控制方法，软件采用智能化块化实现。中国农业大学设计研制的“河南
16、省大型育苗温室计算机单步式控制系统” ，实现了计算机单步控制 .。这造成了温室控制的不精确性 4。1.3 主要研究工作与论文内容安排本文以 AT 的 AT89C52 单片机为核心，设计一套以单片机为核心的大棚控制系统，主要由单片机系统、驱动电路、传感器及液晶显示、指示灯以及报警电路、驱动电路、响应电路等组成，均由单片机输出驱动液晶显示。本文各部分的安排：第一部分介绍了课题的选题背景和意义，分析多智能大棚管理系统的发展现状，指出了智能大棚管理系统展方向。第二部分介绍了系统的总体方案设计以及主控芯片。阐述了本系统的总体方案设计及系统功能优势和特点，还对主控芯片进行了具体分析。第三部分介绍了系统的各
17、个模块设计，阐述了 18b20、dht11 等基本理论，详细介绍了各个部分的实线方法以及模块的特点和用法。第四部分介绍了系统对信号进行处理主要外设。第五部分介绍了系统的软件设计，主要是应用 Keil 平台进行的软件设计。详细介绍 AT89C51 单片机的编程要点和实现。2 系统整体方案设计2.1 系统简介智能大棚栽培管系统包括三个部分：主控芯-AT89C52，环境监控部分-各种传感器，环境调节部分- 各种外设。本系统通过温度传感器 ds18b20 将环境中的温度检测出来传智能大棚管理系统4送至单片机，当温度低于设定温度时通过驱动电路驱动继电器控加热电路提高温度，当温度高于设定温度时驱动风扇通风
18、换气从而降低温度；通过光照强度传感器BH1750FVI 实时检测环境中光照强度，光照强度超过预定值时，步进电机转动从而带动用于遮光的布条减弱光照强度，当光照强度低于设定值时由驱动电路驱动继电器从而控制日光灯来加强光照强度；通通温湿度传感器 DHT11 检测空气中的湿度并由相应的模块做出调节；通过土壤湿度传感器检测土壤中的水分含量，驱动相应的电路来控制其水分含量。系统简介图如图 1 所示。图1 系统简介图2.2 系统总体设计此智能大棚管理系统由传感器，单片机，显示器，键盘，控制器五部分组成。本设计大致与上述组件相同。在 A/D 转化模块中，本设计采用了集成在单片机内部的温度检测DS18B20光照强度检 BH1750FVIDDDDDDWWWWWWWWWWBBBBBH1750FVIBBH1750FVIBH1750FVI空气湿度检测DHT11单片机分析处理AT89C51风扇旋转卷帘收放喷头喷水现土壤含水量检测加热丝加热灯 亮灯 灭降低温度升高温度温度减少光照强度增加光照强度调节土壤湿度
