【基于单片机的温室大棚温湿度控制系统设计研究13000字（论文）】.docx

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1、基于单片机的温室大棚温湿度控制系统设计、V 匕2（-）论文研究的背景及意义2（二）国内外研究现状2（三）本文主要研究对象及研究内容3（四）论文的结构安排4二、方案论证5（-）系统设计方案5（二）主控模块选型6（三）传感器选型6（四）显示模块选型8（五）设计语言选择9三、硬件电路的设计10（-）系统控制10L系统时钟电路102 .系统复位电路113 .中断系统12（二）传感器采集电路12（三）LCD显示电路13（四）按健电路14（五）执行机构驱动模块14四、系统软件设计16（-）系统设计软件161 .AD162 .Keil C5116（二）软件设计流程图161 .主函数流程图162 .传感器模块

2、流程图173 .显示模块流程图18五、系统测试19总结21参考文献22一、绪论(-)论文研究的背景及意义近些年来，我国的温室大棚种植技术开始被农村使用，特别是塑料薄膜的蔬菜大棚 居多，其体积小占地面积少，投入少，但有的人用了不久就丢弃了，其中最主要的因素 就是对蔬菜大棚内的环境因素控制精度不高。我国的国土资源虽然整体是比较多的，但 由于我国总人口数目过大，每个家庭所享有的耕地面积相对较少，且人们对于反季节蔬 菜的需求也逐渐上升，怎么在有限的土地上种植出我们所需求的蔬菜是值得我们去考虑 和研究的，温室大棚种植技术由此产生。温室大棚种类很多，下面章节会详细介绍到， 总的来说，是利用塑料薄膜等覆盖物

3、以及钢结构框架搭建适合蔬菜进行生长的环境，然 后以人工控制或自动控制的方式对蔬菜大棚内的环境进行干预，让蔬菜可以不因外界环 境情况的变化而进行正常生长，可以让我们种植的蔬菜摆脱温度和气候以及自然条件的 影响。虽然温室大棚能使蔬菜在反季节进行种植，但温室大棚内温度和湿度的控制是温室 大棚内最核心的环境因素，这两个因素往往决定着棚里蔬菜生长的好坏。以往我们对于 蔬菜大棚内的温度和湿度的检测通常是由相应的温度或湿度计进行测量采集，且由人工 进行读数，根据采集到的信息再进行相应的升温或降温操作。这种控制方式让棚内升温 或降温都不能及时达到我们的要求，而且该方式浪费大量人力以及物力。随着我国社会 的不断

4、发展，科学技术的不断引进创新，我国现代控制系统技术已经普及到我们日常生 活的各个脚落。我们如何利用现有的自动控制技术来实现对蔬菜大棚内的温度和湿度进 行实时检测，再根据监测到的数值自动控制相应的设备进行升温或降温操作。这对提高 大棚内蔬菜等农作物产量和节约人力资源具有重要的意义。(二)国内外研究现状从历史上看，欧美等国的信息化和工业化进程要比我国起步早，因此在有关技术方 面开发比较早，上世纪四十年代，美国着手建立且成功建成了世界上第一个人工气候室, 该气候室的使用主要用于对植物的特性和环境抵御能力的有关研究。在此之后的很多年 内，西方发达国家开始争先恐后的对这个领域进行探索，开始对温室环境系统

5、进行研究 和开发，并将温室逐渐应用于我们的日常生活当中。随着科学技术的不断发展，电子信 息技术开始逐渐出现在人们的视野之中，电子信息技术能否运用到温室大棚的研究中， 由此针对电子信息技术的温室大棚环境控制系统开始成为人们的主要研究对象。经过几 十年的研究，国外在智能温室大棚研究领域已经取得重大成功，基本可以实现大棚内环 境温湿度、二氧化氮浓度等因素进行采集。且可以根据这些采集到的信息执行相应的操 作。我国目前使用的温室大棚主要有以下几种类型。第一种是塑料温室，该温室属于一 种大型连栋式塑料温室，该类型棚是近十几年出现并得到迅速发展的一种温室型式。该 型类的温室与玻璃温室相比较，它的重量相对较轻

6、，便的钢结构骨架少，建造成本相对 较低且使用寿命比玻璃温室长，因此该温室的使用范围比玻璃温室更广，而且现在已经 是我国现代温室产业应用的主流。第二种是玻璃温室，玻璃温室主要以玻璃为透明覆盖 材料，由于考虑该材料自身的一些特性，因此在基础建设过程中，我们要考虑大棚的强 度要求，稳定性要求。还要考虑支柱连接之间的水平力和空间的稳定性。此外大棚的地 基在建造的过程中要注意其应该比棚外地面低半米以上，地基建造的高度应为比棚外地 面高于Olm,防止地基暴露和对棚内栽培产生影响。第三种是日光温室，温室的前坡设 有热绝缘覆盖，该型类温室的原型是一个单坡的坡璃温室，前坡的覆盖材料由原来的玻 璃变为塑料薄膜。日

7、光温室优点主要是其隔热性好，建造成本低。第四种是薄膜大棚， 薄膜大棚覆盖材料是多种类型薄膜复合材料，典型的单跨拱温室的屋顶结构。薄膜大棚 建设，使用方便，投资少，非常适合我国偏远地区的农村使用。伴随着薄膜工业的发展, 该类型大棚被广泛用于世界各地，目该薄膜大棚的透光率满足棚内农作物对光的需求。我国虽然工业化和智能化起步相对国外较晚，但在我国研几代人坚持不懈的努力 下，我国在温室方面的相关技术逐渐走向世界前沿。我国对于温室大棚技术的研究从 1970年前后才开始着手的，当时的温室技术主要以外国引入为主，然后通过许多科研人 员的不断努力，不断创新，这才有了我国自主知识产权的温室大棚系统。这些研究成果

8、 极大的促进了我国农业的发展，不再受西方技术的垄断。()本文主要研究对象及研究内容通过对上述几种温室大棚的分析，本文的研究对象定为温室大棚中的单栋小跨度对 称型蔬菜薄膜大棚，顶高2.5m,跨度5m,长度15m,对蔬菜大棚来讲，大棚的蓄热能 力我们也要考虑到，因此大棚的朝向在我国大多数地区选择正南方向，也就是我们所在 位置的子午线方向，拱棚采用轻型钢结构作为其骨架，覆盖物采用多功能长寿膜，该膜 是在聚乙烯吹塑过程中加入适量的防老化料和表面活性剂制作而成，其宽幅7.5米、厚 006毫米，使用寿命比普通膜长1倍，可以在夜间棚温比其它材料高12C,且此膜不 易结水滴，覆盖效果好，成本低、效益高。自从我

9、国从外国引进温室大棚种植技术，温 室种植技术不断走向成熟，但温室种植技术并没有普及到每一个家庭，目前我国的民众 个体种植基本都没有跨季种植，因此种植蔬菜的种类单一，远远不能满足生活中对蔬菜 的需求，而到市场上去买又要花钱又贵，一个季节下来要花费不少钱，为了让普遍的人 们能吃上新鲜无农药的蔬菜，本文针对这一需求对民用蔬菜大棚温湿度控制进行研究， 结合蔬菜生产的自然条件以及成本因素，研究对象为单栋小跨度的塑料拱棚。本课题主要研究内容是设计一款基于单片机的智能温室大棚系统，系统利用温度传 感器和湿度传感器分别来对大棚内的温度和湿度进行检测，采用51单片机主控芯片对 采集到的数据进行判断处理，并通过设

10、定阈值的方式来实现对大棚内温度的提高和降 低。当系统监测到的温湿度不符合阈值条件时，启动相应的设备模拟降温和升温的过程。 同时LCD可以对温湿度信息进行实时显示。（四）论文的结构安排本文的主要结构分为六个章节：第一章主要是对本文所研究的智能温室大棚系统的背景及意义进行了描述；第二章从如何设计该课题开始，首先对系统进行了总体架构的描述，然后针对系统 中用到的各个模块进行了选型和分析，以节约成本和实用性为基础对各个模块进行介绍 和选型，综合分析并确定本设计采用的具体硬件；第三章开始从硬件电路入手，对主控芯片以及各个模块进行介绍，尤其涉及了单片 机的最小系统、按键消抖、时钟复位、传感器控制模块等；第

11、四章描述了该项目在软件方面的设计，包括介绍了本项目中用到的开发软件和系 统流程图等；第五章对项目成果进行展示和实验，主要是对系统的实际效果进行测试，判断是否 满足本文研究要求；第六章是针对于本文的一个总结。二、方案论证(-)系统设计方案方案一：可以采用比较传统的二位模拟控制方法，该方法就是在采用比较适合的模 拟电路的基础之上，采用电位器的方法来设置我们的额定值，设置我们所需要的上下限 值，将采集到的信息与给定值进行比较，然后控制相应设备启动。如果采用此模拟控制 方法，本系统受外界因素影响较大，会导致系统的有关精度也会下降，而且采用此设计 的话，在数据显示方面我们不能使用数码显示，不能让我们更简

12、便的去观察和控制。方案二:此方案我计划采用AT89C51单片机为核心，采用温度传感器DSl 8B20进行 温度采集，采用HSllOl电容式湿度传感器进行湿度采集，其中HSIIOI可测量的湿度 范围为55.5C125.5C。采用继电器控制外接口设备，使其达到电路简单、可靠的目的。 使用单片机具有编程灵活，控制简单的优点，使系统能简单的实现温度的控制及显示， 并且通过软件编程能实现各种控制算法使系统还具有控制精度高的特点。方案三:第三种方案运用大学期间所学的单片机知识，以STC89C52芯片为核心， DHTll作为温室温湿度的传感器，LCDI602显示屏显示数据，通过使用弱电控制强电 来控制继电器

13、对温湿度进行调节。在对上述三种方案进行比较，在结合实际的资源情况, 所需工作电压，以及程序烧写所需存储空间，中断复位以及时钟等因素，最终决定采用 方案三，方案中电子器件的选型下章招会详细介绍。本课题主要是基于单片机的智能温室大棚系统的设计，系统可以划分为主控模块、 温度监测模块、湿度监测模块、降温模块、升温模块、显示模块和按键模块等。系统需 要完成的工作是利用温湿度传感器对大棚内温度和湿度数据进行测量，并，将获取到的数 据发送给单片机进行处理，单片机，将温湿度传感器传送过来的数据进行处理，当输入进 来的数据处于设定的阈值范围内时，系统无需进行任何操作，当输入进来的数据超出设 定阈值范围时驱动相

14、应的继电器模块模拟加温和降温功能。系统设计框图如图2.1所示。图2.1系统设计框图(二)主控模块选型在本系统的设计与实验中，主控模块作为核心器件相当于人类的大脑一样负责指令 的发出与转发功能，所以主控芯片的选型尤为重要，既要考虑到资源够用又要考虑到价 格成本。在本次设计中我选择采用STC89C52RC作为主控芯片。STC89C52是一种低功耗、高性能CM0S8位控制器，在本次设计中我们要用到该 单片机的程序存储空间，中断功能复位功能数据处理功能等，其I/0 数满足本设计所 需要的接口数。在设计中需要考虑复位，延时，中断，程序存储等因素，而STC89C52 内部有512字节RAM, 32位I/O

15、 线满足，通用异步串行口，看门狗定时器，内置4KB EEPROM, MAX81O复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，全双工串行 口，目STC89C52可降至OHZ静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式，其满足我 们程序烧写存储以及设计所需的要求。而且在空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、 定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被 冻结，单片机停止工作，直到下一个中断或硬件复位为止，其最高运作频率35MHz, 6T/12T可选。综上所述结合本项目的实际使用情况，STC89C52的内部资源满足本次设 计的需求，所以我决定选择STC89C52

16、RC芯片作为本项目的主控芯片。()传感器选型(1) DHTllDHTIl是一种可以同时对温度和湿度进行检测的复合型传感器,该传感器采用简化 的单线双向的串行接口技术，通迅时间约为4ms,传输的数据分为小数和整数两部分， 传送一次完整的数据是40位数据，遵循先高位后低位的顺序，先是湿度整数数据和湿 度小数数据，然后是温度整数数据和温度小数数据，最后一个是校验位，且都是8bit0 比如接收到的40位数据为:00110101 00000000 0001 1000 00000000 01001101分别对应湿 度高8位、湿度低8位、温度高8位、温度低8位校验位计算:0011 0101+00000000+0001 1000+0000 0000= 0100 HOl 则