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基于单片机的智能温室大棚控制系统.doc
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基于单片机的智能温室大棚控制系统.doc
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基于单片机的智能温室大棚控制系统 长春大学
摘要
温室是现代农业生产所必需的基本设备,用它有效地控制温度、光照、湿
度、二氧化碳浓度等是改变植物生长环境、为植物生长创造最佳条件、避免外
界四季变化和恶劣气候对其影响的前提。本设计以 STC89C52 单片机为核心完
成了对空气温度、土壤湿度、光照度进行数据的采集、处理、显示等系统的基
本框图、工作原理和继电器控制的设计的工作。主要内容有:(1)通过单片双
端集成温度传感器 AD590 采集实时温度。(2)通过湿度传感器 HS1100 采集
实时湿度。(3)通过固态电化学性二氧化碳传感器 TGS4160 采集二氧化碳浓
度。(4)判断采集到的参数值与设置值是否一致,并进行继电器控制。
通过以上设计可以对植物生长过程中的土壤湿度、环境温度、光照度以及二
氧化碳浓度进行了实时地、连续地检测、直观地显示并进行自动地控制。克服
了传统的人工测量方法不能进行连续测量的弊端,节省了工作量,并避免了人
为的疏漏或错误造成的不必要的损失。
关键词:单片机 温度传感器 湿度传感器 二氧化碳传感器
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基于单片机的智能温室大棚控制系统 长春大学
In this paper
Greenhouse is essential for modern agriculture basic equipment,
use it to e!ectively control, such as temperature, light, humidity,
carbon dioxide concentration is to change the plant growth
environment, create the best condition for plant growth, avoid the
seasons change and the in&uence of bad weather. This design to
STC89C52 single-chip microcomputer as the core to complete the
air temperature, soil moisture, and light for data acquisition,
processing and display system of the basic block diagram, working
principle and the design of relay control work. Main contents are: (1)
by monolithic integrated temperature sensor AD590 to collect real-
time temperature. (2) by the humidity sensor HS1100 gathering
real-time humidity. (3) through solid electric chemical carbon
dioxide sensor TGS4160 collecting carbon dioxide concentrations.
(4) determine whether collected parameter value and set value, and
relay control.
Through the above can be designed for plants to grow in the
process of soil humidity, environment temperature, light and co2
concentration in real time, continuous detection, display visually
and automatically control. Overcomes the traditional continuous
measurement of the shortcomings of manual measurement method
does not, and save the workload, and avoid the unnecessary loss
caused by the omission or human error.
Key words : SCM temperature sensor humidity sensor carbon
dioxide sensor
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基于单片机的智能温室大棚控制系统 长春大学
目录
1.绪论................................................................................. 1
1.1 课题背景及研究意义...................................................................................................................1
中国农业的发展必须走现代化农业这条道路,随着国民经济的迅速增长,农业的研究和应
用技术越来越受到重视,特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。现代化
农业生产中的重要一环就是对农业生产环境的一些重要参数进行检测和控制。例如:空气
的温度、湿度、二氧化碳含量、土壤的含水量等。在农业种植问题中,温室环境与生物的
生长、发育、能量交换密切相关,进行环境测控是实现温室生产管理自动化、科学化的基
本保证,通过对监测数据的分析,结合作物生长发育规律,控制环境条件,使作物达到优
质、高产、高效的栽培目的。以蔬菜大棚为代表的现代农业设施在现代化农业生产中发挥
着巨大的作用。大棚内的温度、湿度与二氧化碳含量等参数,直接关系到蔬菜和水果的生
长。国外的温室设施己经发展到比较完备的程度,并形成了一定的标准,但是价格非常昂
贵,缺乏与我国气候特点相适应的测控软件。而当今大多数对大棚温度、湿度、二氧化碳
含量的检测与控制都采用人工管理,这样不可避免的有测控精度低、劳动强度大及由于测
控不及时等弊端,容易造成不可弥补的损失,结果不但大大增加了成本,浪费了人力资源
而且很难达到预期的效果。因此,为了实现高效农业生产的科学化并提高农业研究的准确
性,推动我国农业的发展,必须大力发展农业设施与相应的农业工程,科学合理地调节大
棚内温度、湿度以及二氧化碳的含量,使大棚内形成有利于蔬菜、水果生长的环境,是大
棚蔬菜和水果早熟、优质高效益的重要环节。目前,随着蔬菜大棚的迅速增多,人们对其
性能要求也越来越高,特别是为了提高生产效率,对大棚的自动化程度要求也越来越高。
由于单片机及各种电子器件性价比的迅速提高,使得这种要求变为可能。当前农业温室大
棚大多是中、 小规模, 要在大棚内引人自 动化控制系统,改变全部人工管理的方式,就
要考虑系统的成本,因此,针对这种状况,结合郊区农户的需要, 设计了一套低成本的温
湿度自动控制系统。该系统采用传感器技术和单片机相结合,由上位机和下位机( 都用单
片机实现) 构成,采用 485 接口进行通讯,实现温室大棚自动化控制。..................................1
1.2.1 国外状况....................................................................................................................2
1.2.2 国内状况....................................................................................................................2
1.3 选题的目的和意义.......................................................................................................................3
2.1 控制方案设计...............................................................................................................................4
温室大棚的硬件组成原理如图 2.3 所示:......................................................................................6
2.3.1 传感器........................................................................................................................................7
2.3.2 单片机控制系统和微机系统....................................................................................................9
2.4 温室大棚的软件组成.................................................................................................................10
2.4.1 单片机软件设计......................................................................................................................10
2.5 测试系统的组成及原理.............................................................................................................11
2.5.1 测试系统的设计..................................................................................................................12
(1) 温度测量电路........................................................................................................................12
(2)湿度测量电路.........................................................................................................................13
(3)CO2 含量测量电路................................................................................................................13
2.5.2 微处理器系统..........................................................................................................................14
2.6 程序模块.....................................................................................................................................15
2.6.1 主程序......................................................................................................................................15
2
基于单片机的智能温室大棚控制系统 长春大学
2.6.2 显示子程序..........................................................................................................................15
2.6.3 A /D 转换测量子程序..............................................................................................................15
2.6.4 显示数据转换子程序..............................................................................................................16
3.1 系统设计.....................................................................................................................................16
3.1.1 系统组成..................................................................................................................................16
3.1.2 系统工作原理..........................................................................................................................17
3.2 系统软件设计.............................................................................................................................17
3.2.1 上位机软件设计......................................................................................................................17
3.2.2 下位机软件设计......................................................................................................................18
3.3 误差分析.....................................................................................................................................18
3.4 可靠性设计.................................................................................................................................18
3.4.1 硬件可靠性设计......................................................................................................................18
3.4.2 软件可靠性设计......................................................................................................................18
4.1 系统的总体结构和特点.............................................................................................................19
4.1.1 系统的总体结构......................................................................................................................19
4.2 主要特点.....................................................................................................................................20
4.2.1 信号检测的多元化..................................................................................................................20
4.2.2 信号检测的连续化..................................................................................................................20
4.2.3 数据采集与处理的实时化......................................................................................................20
4.2.4 系统功能的易扩充性..............................................................................................................20
4.3 硬件结构.....................................................................................................................................20
4.4 系统软件设计.............................................................................................................................21
4.4.1 控制系统软件结构..................................................................................................................21
4.4.2 软件的实现..............................................................................................................................22
1
基于单片机的智能温室大棚控制系统 长春大学
第 1 章 绪 论
1.1 课题背景及研究意义
中国农业的发展必须走现代化农业这条道路,随着国民经济的迅速增长,农
业的研究和应用技术越来越受到重视,特别是温室大棚已经成为高效农业的一
个重要组成部分。现代化农业生产中的重要一环就是对农业生产环境的一些重
要参数进行检测和控制。例如:空气的温度、湿度、二氧化碳含量、土壤的含
水量等。在农业种植问题中,温室环境与生物的生长、发育、能量交换密切相
关,进行环境测控是实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证,通过对监
测数据的分析,结合作物生长发育规律,控制环境条件,使作物达到优质、高
产、高效的栽培目的。以蔬菜大棚为代表的现代农业设施在现代化农业生产中
发挥着巨大的作用。大棚内的温度、湿度与二氧化碳含量等参数,直接关系到
蔬菜和水果的生长。国外的温室设施己经发展到比较完备的程度,并形成了一
定的标准,但是价格非常昂贵,缺乏与我国气候特点相适应的测控软件。而当
今大多数对大棚温度、湿度、二氧化碳含量的检测与控制都采用人工管理,这
样不可避免的有测控精度低、劳动强度大及由于测控不及时等弊端,容易造成
不可弥补的损失,结果不但大大增加了成本,浪费了人力资源,而且很难达到
预期的效果。因此,为了实现高效农业生产的科学化并提高农业研究的准确性,
推动我国农业的发展,必须大力发展农业设施与相应的农业工程,科学合理地
调节大棚内温度、湿度以及二氧化碳的含量,使大棚内形成有利于蔬菜、水果
生长的环境,是大棚蔬菜和水果早熟、优质高效益的重要环节。目前,随着蔬
菜大棚的迅速增多,人们对其性能要求也越来越高,特别是为了提高生产效率,
对大棚的自动化程度要求也越来越高。由于单片机及各种电子器件性价比的迅
速提高,使得这种要求变为可能。当前农业温室大棚大多是中、 小规模, 要在
大棚内引人自 动化控制系统,改变全部人工管理的方式,就要考虑系统的成本,
因此,针对这种状况,结合郊区农户的需要, 设计了一套低成本的温湿度自动
控制系统。该系统采用传感器技术和单片机相结合,由上位机和下位机( 都用
单片机实现) 构成,采用 485 接口进行通讯,实现温室大棚自动化控制。
中国农业的发展必须走现代化农业这条道路,随着国民经济的迅速增长,
农业的研究和应用技术越来越受到重视,特别是温室大棚已经成为高效农业的
一个重要组成部分。现代化农业生产中的重要一环就是对农业生产环境的一些
重要参数进行检测和控制。例如:空气的温度、湿度、二氧化碳含量、土壤的
含水量等。在农业种植问题中,温室环境与生物的生长、发育、能量交换密切
相关,进行环境测控是实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证,通过对
监测数据的分析,结合作物生长发育规律,控制环境条件,使作物达到优质、
高产、高效的栽培目的。以蔬菜大棚为代表的现代农业设施在现代化农业生产
中发挥着巨大的作用。大棚内的温度、湿度与二氧化碳含量等参数,直接关系
到蔬菜和水果的生长。国外的温室设施己经发展到比较完备的程度,并形成了
一定的标准,但是价格非常昂贵,缺乏与我国气候特点相适应的测控软件。而
当今大多数对大棚温度、湿度、二氧化碳含量的检测与控制都采用人工管理,
这样不可避免的有测控精度低、劳动强度大及由于测控不及时等弊端,容易造
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