智能大棚管理系统设计说明

《智能大棚管理系统设计说明》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能大棚管理系统设计说明（67页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

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： 中源 指导教师： 原 完成日期 2015 年 5 月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 姓

2、 名：中源 学 号： 1109635002 指 导 教 师（职称）： 原（讲师） 评 阅 教 师：完 成 日 期：理工学院Nanyang Institute of Technology61 / 67智能大棚管理系统设计电子信息工程专业 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和光照强度标准时，发出报警信号，并通过加热

3、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 the temperature ,humidity

4、 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 users and send alarm signal w

5、hen 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.Keywords:Vegetablegreenhouse;temperaturecontrolsystem;lightcontrolsystem;humiditycontrolsystem;signalhandlesystem目录1引言41.1 选题背景与意义

6、41.2 国外研究现状41.3 主要研究工作与论文容安排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系统功能以与优势与特点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163.2.2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与设计213

7、.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265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实验结果分析31结束语33参考文献34附录35致631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

8、，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、测控精度低以与由于测控不与时等毛病，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

9、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温度、湿度以与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，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。由于单片机与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温湿度度、光照强度、土壤湿度进行可靠地检测与控

10、制而设计的。1.2 国外研究现状(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化技术体系。计算机发明最早的国家是美国，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

11、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与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调出相应的时间段的特定参数

12、，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、以与控制外设等功能.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

13、做更多的事情，国外起得了不错的成绩。 (2) 国状况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，并开发出了关于的控制软件；90年代中后期，理工大学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，大学、中国科学研究所、现代化研究院、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

14、首次增加了智能化农业(设施农业)研究项目的投资。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工程”中设置了“智能型连温室结构与调控设施的优化设计与实施”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。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。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。省农科院植物研究中

15、心和省自动控制中心合作研制出了“CuI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“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、传感器与液晶显示、指示灯以与报警电路、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

16、了系统的总体方案设计以与主控芯片。阐述了本系统的总体方案设计与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与模块的特点和用法。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送至单片机，

17、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。土壤含水量检测空气湿度检测DHT11温度检测DS18B20光照强度检 BH1750FVIDDDDDDWWWWWWWWWWBBB

18、BBH1750FVIBBH1750FVIBH1750FVI单片机分析处理AT89C51现风扇旋转加热丝加热喷头喷水灯 亮灯 灭卷帘收放调节土壤湿度减少光照强度增加光照强度降低温度升高温度温度图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一样。在A/D转化模块中，本设计采用了集成在单片机部的A/D。系统的系统框图如图2所示,原理图如图3所示。键盘显示器各种传感器传感器AT89C51单片机调节器图2 系统框图图3 系统原理图2.2.1 设计思想智能大棚管理系统上电工作后，控制器单片机进入主程序后。开始时时显示的方式检测温

19、湿度传感器的温湿度状态，光照强度，并将相应的数值通过显示器显示输出。当温室的温度光照湿度等小于或大于设置的初值时，单片机将通过控制各电机设备开始工作。2.2.2系统组成智能大棚管理系统由单片机电源电路、温度传感器DS18B20、湿度传感器DHT11、土壤湿度传感器模块、光敏BH1750FVI模块、电机、步进电机、诺基亚5110液晶显示和主控芯片（AT89C52）组成。 （1）温湿度传感器：负责检测并采集各控制点温湿度数据。 （2）数据通讯转换器：负责温湿度数据采集数据的信号转换，复位等。 （3）软件部分：软件部分负责对所有数据进行读取分析，并执行各项管理功能。 （4）控制部分（即温湿度调节系统

20、）：执行指令，由各直流电动机和步进电机完成。2.2.3系统功能以与优势与特点智能大棚栽培管理充分利用AT89C52单片机的软、硬件资源并增添加了各种各样的测量电路。它能完成多任务、多通道的检测和输出。智能大棚栽培管理具有测量围广、测量精度高等特点。测量系统可由前端测量用的传感器类型的基础上修改为其他非电量参数进行控制。温度检测系统由DS18B20测量元件完成。湿度检测系统采用DHT11湿度传感器来完成。光度检测采用光敏BH1750FVI模块实现。系统在硬件设计上考虑了可扩展性,经过一定的添加或改造,就能增加功能。根据温室大棚的光照强度传感器、温湿度传感器、温度传感器、土壤湿度传感器等采集到的信

21、息，利用数据总线将传感器检测到的信息送给51单片机，再通过诺基亚5110液晶显示。当系统报警时单片机可向外设发出处理，控制散热风机、加热电路、抽水水泵、等设备进行降温、加温除湿、加湿、遮光和补光等动作。保证了大棚作物的生长环境。单片机也可以通过相应的指令来启动现场监测系统的声光报警装置，通知大棚管理人员采取措施以确保大棚作物的生长环境。2.3本系统主控芯介绍 （1）本系统主控芯片51单片机的硬件结构MCS-51 单片机的片结构如图4所示。MCS51单片机是在一个有限的芯片上集成控制应用所必须的单元。图4 片结构图下面对各功能部件作进一步的说明:l 微处理器(CPU)MCS- 51 单片机中有1

22、 个8 位的微处理器。它与通用的微处理器基本完全一样，同样也包括了运算器和控制器两大部分。仅仅增加了面向控制的处理功能，不但可处理字节数据，而且可以进行位变量的处理。比如:位处理、查表、状态检测、中断处理等。l 数据存储器(RAM)片为128 个字节(52 子系列的为256 个字节) 。l 程序存储器( ROMlEPROM)8051 为4K 字节ROM;8751 则为4K 字节EPROM 。l 中断系统具有5 个中断源， 2 级中断优先权。l 定时器/计数器片有2 个16 位的定时器/计数器，具有四种工作方式。在单片机的应用中，往往需要精确的定时，或对外部事件进行计数。l 串行口全双工的串行口

23、，一共具有四种工作模式。可用来进行串行通讯，扩展并I/ O 口，甚至还与多个单片机相连来构成多机系统。从而使单片机的功能变地更强且应用地更广。l P1口、P2口、P3口、P4口为4 个并行8 位IO口。l 特殊功能寄存器(SFR) 。共有21 个，用于对片各功能部件进行管理、控制、监视。实际上是一些控制寄存器和状态寄存器，是一个具有特殊功能的RAM 区。（2）本系统主控芯片51单片机的结构MCS- 51 单片机存储器采用的是哈佛(Har - vard) 结构。即程序存储器空间和数据存储器空间截然分开。程序存储器和数据存储器各有自己的寻址方式和控制系统。这种结构对于面向控制的实际的应用中变地极为

24、方便、有用。在805118751 单片机中，在片集成了一定容量的程序存储器和数据存储器与众多的特殊功能寄存器。还具有极强的外部存储器的扩展能力，寻址能力分别可达64邸，寻址和操作简单方便。MCS - 51 的存储器空间可划分为如下5 类:l 程序存储器 单片机系统能够按照一定的顺序进行工作。主要是因为程序存储器中存放了经调试确定正确的应用程序和表格之类固有常数。程序实际上是一串二进制码，程序存储器可以分为片和片外两部分。由于无部程序存储器，所以只能外扩程序存储器来存放程序。l 部数据存储器MCS- 51 单片机部有128 个字节的随机存取存储器RAM ；作为用户的数据寄存器，它能满足大多数控制

25、型应用场合的需要；用作处理问题的数据缓冲器。l 特殊功能寄存器(SFR - Special Function Register)特殊功能寄存器反映了MCS - 51 单片机的状态，实际上是MCS- 51 单片机各功能部件的状态与控制寄存器。例如，前面提到的PSW 程序状态字寄存器，就是一个特殊功能寄存器。掌握理解好SFR ，对于掌握MCS - 51 单片机是十分重要的。SFR 综合的、实际的反映了整个单片机基本系统部的工作状态与工作方式。在单片机中设置SFR ，为程序设计提供了不少方便，这一点在读者研究了MCS - 51 单片机指令系统后体会将会更深刻。l 位地址空间MCS- 51 单片机的一

26、个很大优点在于它具有一个功能很强的位处理机。在MCS - 51 单片机的指令系统中，有一个位处理指令的子集，使用这些指令，所处理的数据仅为一位二进制数(0 或1)。在MCS- 51 单片机部一共具有211 个可寻址位。l 外部数据寄存器当MCS- 51 单片机的片RAM 不够用时，可在片外扩充数据存储器。MCS - 51 单片机给用户提供了可寻址64K 字节的外扩RAM 的能力，至于扩多少RAM ，则根据用户实际需要来定。l 外部时钟方式外部的时钟源直接接到XTA口端，直接输入到片的时钟发生器上。时钟电路图如图5 所示。由于XTA 口的逻辑电平不是1，故建议外接一个4.7K- lO K 的上拉

27、电阻。图5 时钟电路图l 控制器控制器是单片机的指挥控制部件。控制器的主要任务是识别指令，并根据指令的性质控制单片机各功能部件。从而保证单片机各部分能自动而协调地工作。单片机执行指令是在控制器的的控制下进行的。控制器主要包括程序计数器、程序地址寄存器、指令寄存器IR等。还有指令译码器、条件转移逻辑电路。l 程序计数器PCPro伊m Counter)程序计数器PC 是控制部件中最基本的寄存器。是一个独立的计数器，存放着下一条将要从程序存储器中取出的指令的地址。然后程序存储器按此地址输出指令字节。同时程序计数器本身自动加1 。读完本条指令；PC 指向下一条指令在程序存储器中的地址。l 程序计数器的

28、基本工作方式有以下几种:程序计数器自动加1，这是最基本的工作方式，这也是为何该寄存器被称为计数器的原因。在执行调用子程序指令或响应中断时，单片机自动完成如下的操作: PC 的现行值，即下一条将要执行的指令的地址，即断点值，自动送人堆拢。将子程序的人口地址或中断向量的地址送人PC ，程序流向发生变化，执行子程序或中断子程序。子程序或中断子程序执行完毕，遇到返回指令R或RETI 时，将楼顶的断点值弹到程序计数器PC 中，程序的流程又返回到原来的地方，继续执行。3信号采集分析部分设计3.1温度检测控制部分设计显示器对于智能大棚管理系统来说温度检测显得非常重要，温度传感器采集温度将温度数据提取出来通过

29、信号处理函数让外设作出相应的反应并将温度数据送至显示函数显示。其主要过程是通过温度传感器器将温度采集出来，由单片机判断，当温度低于键盘所设定的温度时，单片机驱动继电器从而控制风扇旋旋转来降温，当温度低于键盘所设温度时，单片机驱动继电器从而控制加热丝加热。温度检测控制部分实验框图如图6所示。温传感器键盘主控芯片AT89C52加热丝风扇继电器图6 温度部分实验框图3.1.1测温方案的选择方案一：热敏电阻。热敏电阻属于热敏器件由半导体材料构成，它测量温度的原理是把电阻随温度变化的关系转换为电压随温度变化的关系。再把热敏电阻电压模拟量转化为数字量，然后通过软件方法通过特定公示计算得到温度数值值，再进行

30、显示等处理。它的阻值与温度变化并非有线性的关系。故稳定性和互换性相比较差。因此使用中是必须要进行线性化的处理的，这样就比较麻烦。线性化处理尽管可以解决热敏电阻的特性曲线的问题，但比较复杂困难。方案二：DS18B20温度传感器 。DS18B20与单片机只有一根线连接，它只定义了一根信号线。总线上的每个器件都能够在合适的时间驱动DS18B20。相当于把单片机的地址总线、数据总线、控制总线、合为一根信号线对外进行数据处理和交换。并且，它不再把模拟量转化为数字量，直接测得为数字量，简化了许多工作量，电路也变地简单可靠了许多。综合上述，为了设计方便从简化电路，经济实惠，自动测量等方面考虑，我们采用方案二

31、。DS18B20的接口如图7所示。图7 DS18B20接口图3.1.2温度传感器的使用DS18B20部结构主要由64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器这四部分组成。DS18B20的管脚排列如图8所示:DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。图8 DS18B20管脚排列图（1）DS1820使用中注意事项在用DS1820进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。 在DS1820测温程序设计中，向DS1820发出温度转换命令后，程序总要等待DS1820的返回信号，一旦某个DS1820接

32、触不好或断线，当程序读该DS1820时，将没有返回信号，程序进入死循环。这一点在进行DS1820硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。（2）DS18B20的时序 由于DS18B20采用的是单总线协议方式工作地。就是在一根数据线实现数据的双向传输。而对89C52单片机来说，并没有总线接口，因此，我们必须采用编程的方法来模拟单总线通讯。3.1.3温度检测控制部分的组成和实现智能大棚管理系统的温度检测控制系统由单片机电源电路、温度传感器DS18B20、继电器电路、散热风扇、加热电阻丝、诺基亚5110液晶显示和主控芯片（AT89C52）组成。通过以上的分析我们已经选择了采用以单总线为工作方式的ds1

33、8b20作为温度检测的传感器 。通过温度传感器检测温度，将检测到的温度与键盘所设温度做比较，当我们检测到的温度高于我们设定的温度时，单片机将作出反应，发出低电平，通过I0口将信号传送给继电器，继电器和散热风扇相连，通过电源和单片机控制的信号从而使继电器工作模式切换，从而让散热风扇旋转使空气流动来达到降低温度的目的；当温度传感器检测出来的温度低于键盘设定的温度时，单片机通过分析，通过IO口输出一个低电平从而控制继电器，继电器和加热电路（由加热丝和电源电路组成）相连，继电器切换模式后电源电路导通从而加热电路开始工作从而使环境中的温度升高。温度检测控制部分实验结果如图9所示，程序流程如图10所示。图

34、9 温度部分实验结果图 ADS18B20测温程序 显示温度数据 键盘扫描键盘设置值与实际温度值比较是温度相等否温度是否高于设置定值否是打开加热系统打开降温系统图10 温度控制程序流程图3.2 湿度检测控制部分的设计湿度检测主要是空气湿度和土壤湿度的检测，在本系中空气湿度是用DHT1而土壤湿度用土壤传感器。都是通过控制继电器从而控制抽水电机来控制抽水泵作出调节。具体过程为：温湿度传感器检测空气中的温度和湿度，当湿度低于键盘设定的温度值时，通过单片机控制继电器从而控制喷头进行喷水，当湿度满足时，自动停止喷水；当湿度过大时通过单片机控制继电器从而控制电热丝加热从而调节湿度。由土壤湿度传感器检测土壤的

35、湿度，当土壤湿度不过时通过抽水电机控制抽水电机进行抽水，这样就可以控制土壤湿度。因为传感器是时时检测的所以不存在湿度过量的问题，所以没有湿度过大的调节部分。不管是抽水电机还是喷头在达到适当值时都会停止工作，通过程序控制实现。智能大棚管理系统湿度检测控制部分的设计框图如图11所示。键盘显示器温湿度传感器DHT11土壤湿度传感器主控芯片AT89C52继电器抽水电机加热丝喷头图11 湿度检测控制部分的设计框图3.2.1湿度检测控制部分分析智能大棚管理系统的温度检测控制系统由单片机电源电路、温湿度度传感器DHT11、继电器电路、抽水电机、喷头，键盘、加热电阻丝、诺基亚5110液晶显示和主控芯片（AT8

36、9C52）组成。通过以上的分析我们已经选择了采用以单总线为工作方式的ds18b20作为温度检测的传感器 。通过温湿度传感器检测温湿度，将检测到的温度与键盘所设湿度做比较，当我们检测到的湿度高于我们设定的湿度时，单片机将作出反应，发出低电平，通过I0口将信号传送给继电器，继电器和散热风扇相连，通过电源和单片机控制的信号从而使继电器工作模式切换，从而让加热水蒸干水达到控制湿度的目的；当温度传感器检测出来的湿度低于键盘设定的温度时，单片机通过分析，通过IO口输出一个低电平从而控制继电器，继电器和抽水电路（由抽水电机和电源电路组成）相连，继电器切换模式后电源电路导通从而抽水机开始抽水从而使环境中的湿度

37、提高高。这里就是湿度检测部分的分析，简而言之就是一个信号的采集和信号的处理。湿度显示结果如图12所示。图12 湿度显示结果3.2.2土壤湿度检测部分的实现本次设计中为检测土壤湿度采用了土壤湿度传感器，也就是说通过土壤湿度传感器来检测土壤的湿度。次传感器通过调节滑动变阻器从而调节土壤传感器输出数字信号的阀值，从而控制抽水电机作出反应。抽水电机实物图如图13所示，土壤湿度原理图如图14所示。图13 抽水电机实物图 图14 土壤模块原理图3.2.3空气温湿度检测部分的实现空气中的湿度检测是通过DHT11来监控，也就是是湿度度调节丝基于DH111这个传感器。DHT11用于检测温度和湿度的传感器，其采用

38、数字模块采集技术温度和湿度传感技术阙波了可靠性和稳定性。传感器集成了感湿型电阻元件和一个NTC测温元件。所以具有品质优越、响应快、抗干扰力强、性价比低的特点。没个DHT11都在可靠的环境中进行过校验，准确度很好。该产品采用单总线的工作方式让使用变的方便快捷；传输距离高达20多米，功耗极小和超小的体积适用于各种苛刻的应用场所。产品为单排引脚封装，连接方便。DHT11应用电路如图15所示；实物图如图16所示。技术参数说明l 供电电压： 3.35.5V DC l 输 出： 单总线数字信号 l 测量围： 湿度20-90%RH， 温度050l 测量精度： 湿度+-5%RH， 温度+-2l 分 辨 率：

39、湿度1%RH， 温度1l 互 换 性： 可完全互换 l 长期稳定性： 1%RH/年 图15 DHT11应用电路图16 DHT11实物图l 通讯过程如图20所示。图17 DHT11的通讯过程l DHT11的响应如图18所示。图18 DHT11的响应过程l 数字0信号表示方法如图19所示。图19 数字0信号l DHT11引脚说明如表1所示。表 1 引脚说明图Pin名称注释1VDD供电35.5VDC2DATA串行数据，单总线3NC空脚，请悬空4GND接地，电源负极3.3光照强度检测控制部分的设计通过光照强度传感器BH1750FVI来检测光照强度，通步进电机带动卷帘从而控制光照强度，为植物提供最适合的

40、光照强度，从而促进生产效率。在这个系统中我们采用BH1750FVI.BH1750FVI 是一种用于两线式串行总线接口的数字型光强度传感器集成电路。这种集成电路可以根据收集的光线强度数据来调整液晶或者键盘背景灯的亮度。利用它的高分辨率可以探测较大围的光强度变化。（1lx-65535lx）。3.3.1光照强度检测控制部分组成与设计智能大棚管理系统由单片机电源电路、光敏BH1750FVI模块、步进电机电机、步进驱动模块、卷帘、日光灯、诺基亚5110液晶显示和主控芯片（AT89C52）组成。为了实现方便，我在做智能大棚管理系统时，将智能大棚管理系统拆成了：智能大棚管理系统温度分系统、智能大棚管理系统湿

41、度分系统、智能大棚管理系统光强分系统三部分。智能大棚管理系统光强分系统原理：光照强度传感器实时监测环境中的光照强度，随着一天中光照强度的变化，当日光灯的光照强度超过了键盘设定的值时智能大棚管理系统将通过单片机控制步进电机驱动模块驱动步进电机转动从而促使卷帘收起完成遮光从而降低光照强度，当日光灯的光照强度低于键盘设定的值时，通过单片机的分析，单片机将控制步进电机反转从而达到光照要求，若是光照强度还是不够，单片机将驱动继电器控制日光灯从而控制光照强度，延长光照时间。智能大棚管理系统光强分系统实现框图如图20所示。光照强度传感器BH1750FVI键盘显示器主控芯片AT89C52日光灯继电器步进电机驱

42、动模块步进电机卷帘图20 智能大棚管理系统光强分系统实现框图3.3.2光照强度传感器的使用本系统采用的的检测模块是BH1750FVI，以下下是对其简单的介绍。(1)I2C总线接口（f / s 模式支持）(2)光谱的围是人眼相近(3)照度数字转换器(4)宽围和高分解. （1 - 65535 勒克斯）(5)低电流关机功能(6) 50Hz / 60Hz 光噪声reject-function(7) 1.8V 逻辑输入接口(8)无需任何外部零件3.3.3光照强度检测部分的实现通过不间断的调试将结果实时显示出来了，而调试出来之前光照强度不能时时显示经过分析明白是操作时序的问题。成功后的智能大棚管理系统分系

43、统光强部分能正常运行。引脚描述 如表2所示，引脚特性如表3所示 ，BH1750FVI 7。实物图如图21所示，驱动部分实物图22所示，实验结果如图23所示。表2 引脚描述Pin引脚名称描述1VCC供给电压3-5v2SCLIIC总线时钟线3SDAIIC总线数据线4ADDRIIC地址引脚5GND电源地表3 引脚特性名称描述供给电压2-5v供给电流200uA接口IIC工作温度-4085尺寸（长*宽*高）32.6mm15.2mm11.6mm.图21 BH1750FVI 7实物图 图22 驱动部分实物图图23 光照强度显示3.4显示部分的设计智能大棚管理系统这个系统需要时时显示温度、光照强度、湿度等信息

44、这样方便调试也便于管理，在做设计之前我对个种显示器做了了解其中有1602液晶、12864液晶和诺基亚5110液晶，最终我选择了诺基亚5110液晶作为智能大棚管理系统的显示液晶。1602液晶是16乘2的液晶达不到我显示的要求，而12864液晶体积过大，诺基亚5110液晶体积小使用方便成了智能大棚管理系统的不二选择。诺基亚5110是48乘84的液晶，完全满足设计的需要。PCD8544 是一块低功耗的CMOS LCD 控制驱动器，设计为驱动48 行84 列的图形显示。一块芯片上集成了所有必须用以显示的所有功能。PCD8544 采用CMOS 工艺。诺基亚引脚功能如表4所示，设计结果如图24所示。表4

45、诺基亚引脚功能图符号描述R0R47LCD行驱动输出C0C83LCD列驱动Vss1，Vss2地VDD1，VDD2电源电压T1LCD电源电压T2测试点1输入T3测试点2输入T4测试点3输入/输出SDIN测试点4输入SCLK串行数据输入端D/C串行时钟输入端SCE数据/命令OSC芯片使能RES振荡器Dummy1,2,3,4没连接图24 设计结果显示4信号处理调节部分为了体现系统的实用性，实现现实中能达到的效果，我们特别做了模型。我们采用继电器控制风扇，实现通风；继电器控制加热丝，提高温度；继电器控制抽水电机和喷头，调节大棚的温度；步进电机控制卷帘，实现对大棚温度控制；单片机直接日光灯灯，实现光能补充

46、；三极管驱动电磁阀，控制灌溉。为了驱动步进电机，我们采取了高耐压、大电流的ULN2003作为驱动芯片。该芯片价格低廉，能实现步进电机正反转。采用此种方式成功实现大棚卷帘；门窗自动开关。4.1外设硬件设计该系统用过温度传感器18b20检测温度，当温度高于所设温度时通过控制继电器从而控制风扇来完成降温的目的，当温度低于所设温度时通过继电器控制加热丝从而达到升温的目的。通光照强度传感器BH1750FVI采集光照强度，由步进电机控制卷帘从而达到控制光照强度的目的。通过温湿度传感器、和土壤湿度传感器分别检测空气湿度和土壤含水量再通过抽水电机和喷头从而达到控制湿度的目的。本系统设计中继电器成为了一个不可缺

47、少的原件。步进电机驱动原理图如图25所示。图25步进电机驱动原理图4.2驱动外设的作用继电器模组是把电气控制柜中的多组继电器集成化、系列化、模块化设计，为设备节省空间，减少了中间接线环节，提高了效率与产品的性能。继电器模块的特点（1） 采用汇科继电器，触点容量：交流250V/10A;直流30V/10A（2） 继电器5V、12V、24V可选，默认5V（3） 高电平或低电平触发方式可选（4） 双电源供电，可通过跳线帽改为单电源（5） 每路均采用光耦隔离，安全可靠（6） 每路都有常开与常闭触点（7） 每路LED状态指示，继电器吸合即点亮（8） 每路附带续流二极管，释放继电器感应电压，保护前级电路（9

48、） 每路可选TVS（瞬态抑制二极管），默认不焊接（10）标准2.54间距双排针接口单电源供电接线原理图如图26所示。图26 单电源供电接线原理图低电平触发方式原理图如图27所示。图27 低电平触发方式原理图4.3电源电路的设计直流稳压电源是智能大棚管理系统中的不可缺少的一部分，其作用是大棚驱动部分提供电能配合继电器使用。通过变压器将220V的交流电变为12V的交流电，然后通过桥式整理留电路将交流变为直流，以极性电容作为滤波网络，经过稳压芯片7805、7905得到本系统所需要的电压。此稳压电路由变压器、整流器和稳压器三大部分组成，如图28所示。 图28直流电源系统方框图l 电源电压器：将220V

49、、50HZ的交流电压源变小。l 整流电路：将整流得到的交流电压变为直流电压。l 滤波电路：将陡峭的直流电压转化为平稳的直流电压。l 稳压电路：减小纹波，使电压输出的更加平稳。电源电路图如图29所示。图29 电源电路图5软件设计部分5.1程序编写方法的选择本系统主要是通过各种传感器吧信号检测出来，经过单片机分析做出相应的处理，所以程序显得非常的重要，主要难点就在程序的编写上，面对吗么多传感器和模块各种通讯协调和逻辑分析与判断为程序编写带来的麻烦将是巨大的所以在本系统中采用模块化编程的方法来实现此系统的控制。5.2模块化设计模块化设计，说白了就是程序编写时通过主程序调用子程序，各个功能都有单一独立

50、的特性，而不是一开始就把程序逐条的输入到计算机的指令；而是通过一定的变量起来一完成调用。逐步求精中描述的结果是一系列的算法功能块为单位。逐步求精得到的结果是以算法功能模块为一个单位最终完成目的的一种方法。 以功能块为单位调用组合而成的方法可称为模块化的方法。模块化的最终目的是为了降低程序复杂度，使程序设计、调试和维护等操作简单化。5.3主程序设计本系统采用模块化设计的方法来实现控制，其中多有涉与函数调用和嵌套调用，这也是在此系统的主导。在智能大棚管理系统中，首先我们将BH1750光照强度传感器初始化接着将DS18B20也初始化化，然后将DHT11也初始化（初始化程序在没个模块的程序里，由个个模

51、块多个函数组合而成。要是系统实时工作就让其一直循环，所以我用了while（1）循环的方法，接着将调用温度函数，光照强度函数，DHT11函数，信号处理函数，按键函数等，让其一直运行下去。主程序的控制程序框图如图30所示。5.4系统调试智能大棚管理系统所传感器较多（包括温室度传感器DHT11、土壤湿度传感器、光照强度传感器BH1750，温度传感器18B20），不仅要有单片机方面的相关知识，还要对各种传感器有一定的认识。除此之外还要去学生具备相当的扎实的c语言知识，这对篇量的程序编写都非常有帮助。同时又考察学生的逻辑能力，各种传感器的综合应用，需要不断的实践检验，锲而不舍的调试才能达到目标。调试过程

52、中使用的是keil软件和单片机不停的下载实验。 开始初始化BH1750DS18B20初始化函数如果1=1No 调用温度控制函数wendu()调用光照控制函数conversion() conversion()conversion()循环结束 调用dht11函数receive()调用界面控制函数Yes调用按信号处理函数图30 主程序程序流程图5.4.1 调试手段为检验各模块是否按要求进行正常工作，借助万用表、函数信号发生器、示波器以与各类软件进行调试，通过测试结果完成对各个模块完成功能的评估，对整体练调是一种很好的促进手段。程序调试界面如图31所示。各种工具的特点如下：（1） 数字万用表：可用来测

53、量直流和交流电压、电流、电阻、电容、二极管、三极管、温度、频率、电路通断等。测试精度三位半。可以帮助我们进行初期硬件的调试。（2） KEIL软件：进行程序的编写与调试，将各底层驱动与功能语句在软件中编写。同时还可以生成各种所需要的HEX可执行文件。（3） 串口调试助手：串口调试工具是通过串行通信接口与主控芯片的进行信息交互，其输出波特率与数据帧的格式都可以进行设置，具有使用灵活、操作简便的特点。这些调试工具入门简单、不仅可以全面的了解的硬件电路的各项性能指标，也可以观察微处理器中各个寄存器的值和状态，为我们调试提供了诸多方便。图31 程序调试界面5.4.2系统调试与结果分析分别完成系统的软件和

54、硬件设计之后，要完成整个设计，还要通过软件和硬件的整机调试测试来观察是否能够达到预期目的，实验结果如图32所示。图32 实验结果5.4.3实验结果分析系统上电之后处于工作模式，其显示结果如上图中的图33所示。此时诺基亚5110液晶上显示的结果分别为温度传感器ds18b20检测到的温度、光照强度传感器BH1750FVID检测的的光照强度、温湿度传感器DHT11检测到的湿度和温度。这些数据都是时时监控的。当我们按一下下按键s1时进入到温度上下限设置界面如图34所示 ，当我们按第二下按键时进入光照强度上下限设置界面 ，当我们按第三下s1时进入到湿度设置界面，光照强度设置界面和湿度设置界面结果和图34

55、类似，在显示界面的相应位置显示。当我们要设置温度上限和下限时我们就按一下s1；当我要设置光照强度上限和下限时我们就按两下s1；当我们要设置湿度上限和下限时我们就按三下s1。进入到设置界面后如果我们要设置上限值就按按键s2，想要设置下限值就按一下按键s2。每个设置界面对应设置按键一样，单步进值不一样；温度步进值时1，光照强度步进值时100，湿度步进值时1。这是根据他们的特性而设计的。图33 显示界面图34 设置界面(1)为了方便观察现象我们系通刚进入工作模式时，温度上限是15摄氏度， 下限时25摄氏度，而测试时的室温度时23摄氏度。这样一来，我们设定的上限值低于实际的值，我们发现散热风扇开始旋转

56、，而设定的下限值也超过了我们设置的围我们发现加热丝也开始了加热。如图35所示，分别是加热中的加热丝和旋转中的风扇。(2)而刚进入系统时光照强度的设定的上限的上限值时1000Lx(勒克斯)，下限值时100Lx，当我们用手电筒照射时，设定的值低于了实际的值，这时发现单片机发出报警、步进电机正转，而当我们用手遮住光照强度传感器时，传感器觉察到的光照强度为0，发现步进电机反转，继电器工作状态反转从而带动日光灯光工作。(3)上电后由于我设定的湿度值是60%，我将土壤湿度传感器从水中拿出发现抽水电机开始抽水，当我在将传感器放入水中时发现抽水电机停止了工作。图 35 加热丝和风扇从实验结果我们可以看出，智能

57、大棚管理系统时一个时时监控检测的系统，能时时显示并控制大棚中的温度、湿度、光照强度，还能通过过按键针对不同作物设置不同的生成环境，并通过外设硬件电路对环境做出调节。结束语本系统实现的是基于单片机技术的大棚环境管理控制的设计。首先参考了网上各种程序，并分析理解了它们编写的优点与不足，并借鉴了它们编写方法分应用到该系统中，研究了他们多种程序的设计方法，查阅了只能大棚的相关设计，初步设计智能大棚管理系统的方案，并探讨其实现的实用性和可行性。其次是对于芯片的选择也就显示的很重要了，系统选用了性价比高的基于AT89C52芯片作为处理器，该芯片能够很好的完成这个系统所需全部的功能。在熟悉了软硬件开发环境后

58、；采用模块编程的设计方法，把整个系统化分为多个小系统并一个一个实现再拼接起来组成一个完整的智能大棚管理系统栽培管理系统。 本课题研究的开发平台小巧，功能齐全，成本低，使用5110液晶进行实时数值显示，通过按键使该系统具有良好的人机交互界面，很适在大众里推广使用，在未来几十年里智能化的发展的一大趋势，通过一代代人的不懈努力，必将使其更好的为我们人类服务。电子技术发展日新月异，未来本系统还可以有进一步的完善： （1）提高各种传感器的稳定性，要想对大棚的各种环境实时监控，必须把更多环境信号集出来，而本系统采集的信号一直不是十分稳定。（2）改善系统算法，由于此系统编写程序不是太理想， 导致按键变得没那

59、么灵敏。（3）本系统处在一种实验室阶段，不是很稳定很难推广实用。 参考文献1 戍,建辉.温室温湿度控制系统J.中华自控,2002(8):25-312 高智富.温室环境控制技术的现状与发挥趋势J.中国市场学术论丛,2007(9):106-1093 卫中,曙光,蔡振江等.温室自动控制系统的试验研究J.农业工程学报，1999,1（3）：459-2614 傅志刚.温室温湿度自动控制系统J.建材技术与应用,2005(6):27-285 相白,泽林,建春等.基于类别的温室温湿度变化率相关性研究J.农业科技，2009 ,37(15):7306-73096 兴山,卫青.基于温室温湿度控制系统的研究J.农业科技

60、，2009,37（22）：10704-10740 7 帆,邱立春,维佳.模糊控制在温室温湿度控制系统中的应用J.农机化研究,2009(6):148-1508 为民.温湿度测控系统中的智能控制器研究J.西北民族大学学报,2004,25(2):42-469 晏飞,董莉.温室温湿度控制系统设计J.工程大学学报,2002(8):73-7510 曾一凡,付文斌,养彬.温室自动控制系统中模糊控制器的设计J.农机化研究，2004（5）：161-166 11 建民,包.新型温湿度测控系统的设计与控制算法J.科技,2006(6):62-6412 徐璜,秋实,黄英等.新型智能温室模拟系统与其控制J.中国高新技术企业，2009（2）:52-5413 谭伟,徐玲.智能温室温湿度控制系统设计与其仿真J.东北林业大学学报，2009,36（8）： 87-8914Jackson JE.A users Guide to Principle ComponentsJ.New York:Wiley-Inter-science,199115Glasmeier A , Howland M