温室大棚内环境监测系统硬件设计开题报告

开题报告

毕业设计题目：温室大棚内环境监测系统硬件

设计

温室大棚内环境监测系统硬件设计

开题报告

1 选题意义及可行性分析

1.1 选题意义

温室环境控制技术在世界得到广泛的应用,现代温室及配套设施已采用专业化、集约化和规模化生产，规范有序的市场经营和国际化的市场体系运作，成为当今世界最具活力的新兴产业之一.本文介绍了国内外温室环境控制技术的发展现状以及今后的发展趋势[1]。

随着科学技术的进一步发展，温室控制技术也在发生日新月异的变化。温室面积居世界各国首位。但是，我国的温室自动控制技术远远比不上温室数量疯长，农民劳动者还在使用传统的人力劳动，不仅劳累，而且因为无法对自然环境进行精确监测，不仅浪费了大量的资源，还使作物产量受到了严重的多的影响，降低了收入。与发达国家的现代化农业相比，还有相当大的差距，尤其在是在温室生产环境各个因子的自动控制方面[2]。本课题目的在于研究一个基于51单片机为主控芯片下的大棚环境自动检测系统，由于单片机和相关元器件的高性价比，使得其能广泛应用于普通的农民之中，从而通过对大棚温湿度的检测，从而科学的对农作物环境进行调整从而提高农业产量，造福广大农民，因此这个研究是十分有必要的。对于农作物温室大棚来说，温湿度、光照度是衡量大棚的三项重要指标，它直接影响到作物的生长和产量，作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，其中对作物生长影响最大的是环境中的温湿度及光照度。环境中昼夜的温湿度、光照度变化大，其对蔬菜生长十分的不利[3]。因此必须对环境的温度和湿度进行时刻的检测，使其能时刻观察作物生长环境并及时的实施相关措施，因此来提高其产量和质量。但传统的人工的测试方法费时又费力、效率低，且测试的误差太大，随机性大。因此，研究一种低廉、使用方便且测量准确的检测装置是非常有必要的，本课题就是以检测温室大棚内温度、湿度、光照度而展开的毕业设计。

1.2 可行性分析

在寒冷的北方地区,冬季昼夜温差大,农作物的生长面临着很大的问题,日光温室已为关注的焦点。温室的作用是调整作物的生长环境和生长周期,以使得作物能更好

的生长发育。所以作物生长的关键在于对环境的调控[4]。本课题所研究的方向以三要素温度、湿度、光照为主，在51单片机的基础结构上添加温度、湿度、光照等传感器的设计。在许多资料中均能找到模型，对于元件参数的选择，不仅可以从一些文献资料中找到设计步骤，校内以往的一些电源类项目也有在元件参数制定方面的经验可以借鉴。实验室内各类电容电感配备完善，对于研究过程中器件选择和更换可以提供很好地支持。由于单片机和相关元器件的高性价比，使得其能广泛应用于普通的农民之中，从而通过对大棚温湿度的检测，从而科学的对农作物环境进行调整从而提高农业产量，造福广大农民，因此这个研究是十分可行的[5]。

2 研究的基本内容与主要问题

2.1 基本内容

本设计系统以AT89C51单片机为核心，设计有键盘输入与LCD显示电路、报警提示与控制电路，通过相应的传感器感知温室里的温度、空气相对湿度和光照度信号，将信号处理后送人单片机进行分析处理，结果用LCD显示模块显示出来。并可根据用户需要自动调节温室内环境参数，当环境参数超过所设定的极限值时，系统可发出声光报警信号并输出控制信号以驱动相应的执行机构[6]。系统参数的极限值可用键盘来随时设定。系统的自动调节作用，使温室中环境参数处于适宜作物生长的最佳值。该系统综合利用传感器技术，自动检测技术和单片机控制技术，开发了一套对温室里的环境因子进行监控的操作方便，简洁实用的自动控制系统。系统软硬件设计合理，其中单片机软件采用模块化程序设计方法，各模块相互独立，提高了系统的可靠性和可扩展性，具有较高的性价比。

2.2 主要问题

如何实现对温度、湿度、CO2浓度以及光照强度这几个温室内主要环境参数的有效测量。

单片机的选择方面，有常用的51单片机和430单片机，该选择何种单片机才能制作出符合要求的设计。如何测量温湿度、光照数据。

3 总体研究思路（方法与技术路线）及预期研究成果

3.1 总体研究思路

1)系统框架图

根据任务书，本组预计设计的系统框图如图1所示

图1系统框图

2)单片机的选择

在单片机的选择上虽然MSP430功能强大，速度快，但本次课题为了实现温湿度和光照的数据采集和显示，两者都可以实现。因此我选择了更加的经济小巧的C51单片机，作为控制系统的核心部分，主要完成以下功能：（1）根据采集温度和湿差值得温、湿度值，根据用户设定的温、湿度值控制报警器[7]。（2）响应用于输入、修改用户设定的温湿度上下限值。对于温度传感器和湿度传感器的选择上我选择了更加方便的温湿度传感器DHT11。相对于单个的温度传感器或则湿度传感器DHT11是一款有已校准数字信号输出的温湿度传感器。对于我们来说是比较方便的。它的精度湿度+-5%RH，温度+-2℃，湿度量程20-90%RH，温度量程0~50℃。最后要选择的是一款光照传感器，关于光照传感器一开始选的是GY-2561后来发现了一款GY-30,两个传感器的功能都是一样的但是30的感应范围比2561的更加大最后选择了GY-30它的量程是0-65535lx。

3)传感器的选择

为了实现采集温湿数据的功能选择了一款具有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器DHT11，具有专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，又具有长期稳定性、无需额外部件、超长的信号传输距离以及超低能耗等优点它的4个引脚，1号引脚接电源，2号引脚接单片机的P1.5,3号引脚架空，4号引脚接地[8]。

为实现采集光照数据功能选择了GY-30光照传感器，它是一种通用的光照度检测模块，内置模数转换电路，而且直接数字输出。对于GY-30它的5个引脚，1号引脚接电源，2号引脚接单片机的P1.1,3号引脚接P1.0，4、5号引脚接地。

4)显示屏的选择

为了能将采集到的数据客观的显示出来我选择了、常用的液晶显示器为lcd1602液晶[9]。lcd1602液晶是字符型液晶，显示字母和数字都比较方便，控制简单可以和单片机AT89C51直接接口电路连接简单而且成本较低。设计将89C51单片机的P0.0～P0.7口用作显示屏，从单片机的P3．2～P3．4作为按键口，P1．6口为蜂鸣器。P2.0～P2.5口为报警灯模块。单片机根据按键的命令信息，用来完成温度湿度和光照度的设置上下线的参数用于实现警报功能。考虑到液晶显示器件(LCD)具有体积小、质量轻、低功耗等特点，本设计的显示模块采用LCD显示器件，用来显示光照、温度、湿度参数，测量结果超标或者不达标报警灯会亮蜂鸣器会鸣叫[10]。

本次课题的研究是温室大棚内环境监测系统监测的设计，所以必须先对一些农作物的生长条件进行一定的调查了解，众所周知，大部分农作物的生长三要素是温度、湿度、光照度，在设计本系统前必须对三要素进行了解，因此我对三要素进行了初步研究，了解了他们对蔬菜生长的影响，并最后选择了西红柿这一农作物进行实验研究对象。硬件方面是对于STC89C52单片机、温湿度传感器和光照传感器的使用。希望能实现单片机没过一段时间能读取传感器所采集到的信息在显示器上能正确的显示温度、湿度和光照度。

3.2 预期研究结果

单片机(STC89C52)每隔一段时间便去读取传感器DHT11的温湿度值和GY-30的光照强度值，并且在1602液晶上进行显示。同时，可通过3个按键设置湿度、温度和光照强度的上下限报警值，一旦超出设置的范围，就会发出报警，蜂鸣器鸣叫，对应的led指示灯也会亮起，就能知道哪一个相关数据出现了错误。焊接实物并进行调试，测量基本内容中的各项数据，对于有精度限定的数据要能符合要求精度都控制在5%的范围之内。对其最初的框架图进行了修改如图2所示