单片机蔬菜大棚开题报告

中原工学院信息商务学院

毕业论文（设计）开题报告

论文（设计）题目基于单片机蔬菜大棚温湿度监测系统设计

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1.选题目的和意义：

随着农业产业规模不断扩大和大棚技术的不断普及，蔬菜大棚数量不断增多，温湿度控制是蔬菜大棚一个重要的控制环节。植物的生长都是在一定的环境中进行的，其在生长过程中受到环境中各种因素的影响，其中对植物生长影响最大的是环境的温度和湿度。环境昼夜的温度和湿度变化较大，其对植物生长极为不利。因此必须对环境的温度湿度进行实时监测和控制，使其适合植物的生长，提高其产量和质量。温度太低，蔬菜就会被冻死，湿度太低，蔬菜就会停止生长，所以要将温度和湿度控制在适合蔬菜生长的范围内。传统的温度控制是在温室大棚内部悬挂一个温度计，由人工读取温度值来调节大棚内的温度。如果仅依靠人工来控制，既耗人力，又容易出差错。现在随着农业产业规模的不断扩大，传统的温湿度监测控制措施表现出极大的局限性。因此在现代化的蔬菜大棚管理中，通常有温度湿度自动监测控制系统，来实时监测控制温室大棚温度湿度，适应生产需要。

2.本选题在国内外的研究状况及发展趋势：

温室是一种可以改变植物生长环境、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场所。它以采光覆盖材料作为全部或部分结构材料，可在冬季或其他不适宜露地植物生长的季节栽培植物。温室生产以达到调节产期，促进生长发育，防治病虫害及提高质量、产量等为目的。而温室设施的关键技术是环境控制，该技术的最终目标是提高控制与作业精度。

国外对温室环境控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温室控制技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。

美国是最早发明计算机的国家，也是将计算机应用于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，综合环境控制技术水平非常高。环境控制计算机主要用来对温室环境(气象环境和栽培环境)进行监测和控制。以花卉温室为例，温室内监控项目包括室内气温、水温、土壤温度、锅炉温度、管道温度、相对空气湿度、保温幕状况、通窗状况、泵的工作状况、CO2浓度、Ec调节池和回流管数值、pH调节池和回流管数值；室外监控项目包括大气温度、太阳辐射强度、风向风速、相

对湿度等。温室专家系统的应用给种植者带来了一定的经济效益，提高了决策水平，减轻了技术管理工作量，同时也为种植带来了很大方便[2]。

以园艺业著称的荷兰从20世纪80年代以来就开始全面开发温室计算机自动控制系统，并不断地开发模拟控制软件。目前，荷兰自动化智能玻璃温室制造水平处于世界先进水平，拥有玻璃温室1.2万多平方米，占世界1/4以上，有85％的温室用户使用计算机控制温室环境。荷兰开发的温室计算机控制系统是通过人机交互界面进行参数设置和必要的信息显示，可绘制出设定参数曲线、修正值曲线以及测量的数据曲线，可以从数据库内调出设定的时间段内参数以便于必要的数据查询，并能直接对计算机串行口进行操作，完成上位机与下位机之间的通信。上位机软件集参数设置、信息显示、控制等功能于一体，同时还能够很好地完成温室灌溉和气候的控制和管理。

此外，国外温室业正致力于向高科技方向发展。遥测技术、网络技术、控制局域网已逐渐应用于温室的管理与控制中。控制要求能在远离温室的计算机控制室就能完成，即远程控制。另外该网络还连接有几个通讯平台，用户可以在遥远的地方通过形象、直观的图形化界面与这种分布式的控制系统对话，就像在现场操作一样，给人以身临其境之感。

国内外温室控制技术的发展状况来看，温室环境控制技术大致经历了三个发展阶段。

（1）手动控制：这是在温室控制技术发展初期所采取的控制手段，其实并没有真正意义上的控制系统及执行机构。生产一线的种植者既是温室环境的传感器，又是对温室作物进行管理的执行机构。他们是温室环境控制的核心。通过对温室内外的气候的状况和对作物生长状况进行观测，凭借长期积累的经验和直觉推测及判断，手动调节温室内环境。种植者采用手动控制方式，对于作物生长状况的反应是最直接，最迅速且最有效的，它符合传统农业的生产规律。但这种控制方式的劳动生产率较低，不适合工业化农业的生产需要，而且对种植者的素质要求较高。

（2）自动控制：这种控制系统需要种植者输入温室作物生长所需环境的目标参数，计算机根据传感器实际的测量值与事先设定的目标进行比较，以决定温室环境因子的控制过程，控制相应机构进行加热、降温和通风等动作。计算机自动控制的温室控制技术实现了生产的自动化，适合规模化生产，劳动生产率得到了提高。通过改变温室环境设定目标值，可以自动的进行温室内环境气候调节，但是这种控制方式对作物生产状况的改变难以及时做出反应，难以介入作物生长的内在规律。目前我国绝大部分自主开发的大型现代化温室及引进的国外设备都属于这种控制方式。

（3）智能化控制：这是温度自动控制技术和生产实践的基础上，通过总结，收集农业领域知识、技术和各种实验数据构建专家系统，以建立作物生长的数学模型为理论依据，研究开发出的一种适合不同作物生长的温室专家控制系统技术。温室控制技术沿着手动、自动、智能化控制的生产进程，向

着越来越先进的，功能越来越完备的方向发展。由此可见，温室环境控制朝着基于作物生长模型，温室综合环境因子分析模型和农业专家系统的温室信息自动采集及智能控制趋势发展。

通过研究国内外的温室控制技术可以更深刻的理解毕业设计的具体设计思路和方法，可以在更短的时间内高效率完成毕业设计。

3.主要研究内容：

设计系统主要由单片机、温湿度传感器、显示模块、GSM通信模块以及键盘组成，其原理框图如图1所示。用户可以先设定温湿度的上限和下限，温湿度传感器监测值传给单片机，当单片机监测到的数值超过所设定值时，单片机就会通过GSM模块向上位机发送当前温湿度值，并响应报警电路启动相对应的温湿度控制设备。系统自动启动执行调节大棚湿度和温度状态，直到温湿度状态处于用户所设定的值。其中下位机系统可以自动接收上位机发送过来的温湿度设定值信息，通过单片机解析所接收到的数据短信来修改当前设定值。下位机检测系统每小时向上位机发送一次当前检测到的温湿度数据值，上位机收到下位机发送过来的数据信息时进行分析存储，并且描绘相应温湿度趋势线。

图1