多路数据采集与实时控制系统在大棚的应用(附件)
我国大多数地区存在复杂多变的气候，这非常不利于农作物的种植，而在生活水平显著提高的情况下，不仅农业生产从业者在逐渐减少，而且农产品的产量也难以满足人们日益提高的生活需求，因此，很有必要在农业大棚种植中推广现代温室技术的应用。现代温室控制技术能够实时采集大棚内的环境因子，如温湿度和光照度，对植物生长环境实时控制。本设计采用不同传感器采集大棚内温度、湿度和光照强度，将结果发送给上位机，并与所设置的温湿度和光照度范围对比，然后控制系统就会根据比较结果做出相应的反应。在智能化系统的调控下使大棚内的环境能够维持在农作物生长所需要的适宜状态。关键词 温室大棚，环境监控，STC15W4K56S4，无线传感器节点
目 录
1 绪论 1
1.1 课题背景及意义 1
1.2 国内外发展状况分析 2
1.3 对课题研究启发 3
2 系统方案设计 3
2.1 系统功能模块的划分 3
2.2 设计思路 4
3 系统硬件的选择 5
3.1 单片机最小系统设计 5
3.2 显示模块的选择 8
3.3 温湿度传感器的选择 11
3.4 光照度监测模块的设计 12
4 系统软件的设计 14
4.1 软件设计任务 14
4.2 软件结构的设计 15
4.3 主要模块的程序设计 17
5 数据采集与实时控制系统的调试 22
5.1 数据采集与实时控制系统的软件调试 22
5.2 硬件系统调试 25
5.3 调试结果 26
结 论 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
附录1 原理图 30
1 绪论
1.1 课题背景及意义
中国作为世界上最大的农业国家，在农业生产方面积累了丰富的经验和知识。然而，在中国的大部分地区，存在着复杂多变的气候条件，这非常不利于农作物的生长;随着社会的进步，从事农业生产的人日益减少[1]。然而，人们对农产品的需求量却在一直增长。原有 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
的农业耕作方法已难以跟上社会发展的需要，很有必要更新和改造传统农业。因此，促进我国在农业生产中使用高新技术是一种必然趋势，现代温室农业技术就可以很好的满足这一要求。
温室控制技术主要是调节温室作物的物理因素，如湿度、温度和光照强度等，以达到适合农作物生长的环境条件。现代温室控制技术主要通过系统实时采集温室环境的温度、湿度和光照强度，实现植物生长环境的实时监测。最近数年，中国在温室控制技术应用领域进行了大量的探索、研究，在温室栽培技术等方面取得了显著发展。然而，由于中国在这一领域的研究相对较短，缺乏配套的技术和设备，环境监测能力不高，生产力有限，而且在全年都能进行生产的大型现代化温室很少出现。此外，虽然有对进口温室设备的需求，但投资规模太大，要求经营者的质量也很高。因此，中国的温室环境控制还存在很多的不足，还有很多可以进行改良的地方。
温室环境智能监控系统的研究涉及到计算机技术、传感器技术、控制技术、通讯技术、生物技术以及环境科学等多种技术和学科[2]。在我国研发制造以无线传感器网络为平台的温室监控系统，具有其独特的科研价值和实用性[2]。
但是，当前温室控制系统中使用的通信方式仍然存在一些缺点和不足，比如蓝牙使用成本较高、通信距离不长；在GPRS和GSM通信过程中所使用的电信网络需要交费，设备之间经常性的数据传输提高了使用成本；RS232串行通信可靠性高，成本低。
无线传感网络监测和控制系统,能够有效解决当下温室设备在农业生产应用中存在的缺点和不足,实现温室的温度和湿度等的自动调节,这对于推进农业生产设施向现代化的方向发展具有深远意义。因此，温室传感器网络监测与控制系统在国内外市场具有巨大的潜在客户、良好的市场前景和显著的经济效益。同时，对于温室内的环境有了极大的改善，对于保障农民的收益，提高广大农民的生活水平起着十分重要的作用，同时也为中国农业现代化做出重要贡献。另外，这也对促进农业生产、增加农名收入、促进我国农业生产智能化具有重要意义。因此，该项目的实施所带来的社会效益十分广大。
1.2 国内外发展状况分析
1.2.1 国外现状
早在上世纪70年代国外就已经开始研究温室控制技术。首先，模拟式组合仪表用来收集现场信息并进行指示，记录和控制。上世纪末开始出现分布式控制系统。正在开发研制基于计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统[3]。如今在温室控制方面世界上已经取得了很大的成就，先进国家甚至正在实现自动化的前提下逐渐迈向彻底的智能化和无人化。像以先进花卉培养技术而闻名于世的荷兰一样，在花卉的培养方面已经摈弃了人工的方式而转交由计算机来控制。日本通过采用采集环境因子并控制的方式，通过合理规划预先将不同农作物各个阶段所需的环境条件在计算机中建模设定，假如其中的一个因素发生变化，则会对该因素变化采取对应的修改或调整，通常把光照条件视作始变因素，温度，湿度和二氧化碳浓度视作随变因素，将该四种因素控制在最适宜的组合状态。美国和荷兰也使用不同温度管理技术来控制水果和蔬菜等产品的开花和成熟时间，来满足生产与市场需求。伦敦大学农学院研制的温室计算机遥控技术，可以观测50km以外温室内的光、温、湿、气和水等环境状况，并进行遥控[4]。另外，软件开发方面仍然有一些问题还没有得到有效解决。就拿如今在发展现代温室农业方面处于领头羊地位的以色列来说，其先进的智能一体化控制温室，通过配套完整的监控系统，利用在科技上的优势弥补了在农业资源和气候环境条件方面的短板。
1.2.2 国内现状
目前我国温室的主要种类有塑料大棚，日光温室和连栋温室。中国现代温室开始于上世纪30年代的冬季不供暖“温室”，而在70年代末和80年代初期才开始实现规模化的温室生产。通过首次在中国进口大量的温室，揭开了我国现代化温室生产、研究和普及的序幕[5]。 从上个世纪末开始，我国引进了大型连栋温室栽培技术，因此在农业方面也因生产反季节的设施园艺作物而得到显著的提升，在借鉴和吸收国外先进技术成果的基础上，经过我国多年不懈的努力，在付出了无数劳动者的智慧和努力之下，在温室控制的技术应用方面取得了骄人的进步，成为了温室生产面积领域的排头兵，与此同时在使用日光温室和遮阳网覆盖栽培技术方面取得到了很大的成绩，同样的在温室生产方面所使用的配套技术研究同样有了长足的发展。在目前的情况下，我国已经研制成了大规模、多样化且具有自主知识产权的温室设施，其中还包括利用光伏发电的节能型温室，已经实现国产化的材料和部件[6]，各类温室产品如雨后春笋般的涌入市面，且已经初具规模。目前我国温室技术的种类主要可以分为三类：一是利用日光来达到温室目的的，二是采用玻璃材质建造温室，三是采用了现代化智能技术的温室，但由于实际状况的不同，经济条件的差异，现情况下仍然存在着不同类型的温室混用的现象。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题背景及意义 1
1.2 国内外发展状况分析 2
1.3 对课题研究启发 3
2 系统方案设计 3
2.1 系统功能模块的划分 3
2.2 设计思路 4
3 系统硬件的选择 5
3.1 单片机最小系统设计 5
3.2 显示模块的选择 8
3.3 温湿度传感器的选择 11
3.4 光照度监测模块的设计 12
4 系统软件的设计 14
4.1 软件设计任务 14
4.2 软件结构的设计 15
4.3 主要模块的程序设计 17
5 数据采集与实时控制系统的调试 22
5.1 数据采集与实时控制系统的软件调试 22
5.2 硬件系统调试 25
5.3 调试结果 26
结 论 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
附录1 原理图 30
1 绪论
1.1 课题背景及意义
中国作为世界上最大的农业国家，在农业生产方面积累了丰富的经验和知识。然而，在中国的大部分地区，存在着复杂多变的气候条件，这非常不利于农作物的生长;随着社会的进步，从事农业生产的人日益减少[1]。然而，人们对农产品的需求量却在一直增长。原有 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
的农业耕作方法已难以跟上社会发展的需要，很有必要更新和改造传统农业。因此，促进我国在农业生产中使用高新技术是一种必然趋势，现代温室农业技术就可以很好的满足这一要求。
温室控制技术主要是调节温室作物的物理因素，如湿度、温度和光照强度等，以达到适合农作物生长的环境条件。现代温室控制技术主要通过系统实时采集温室环境的温度、湿度和光照强度，实现植物生长环境的实时监测。最近数年，中国在温室控制技术应用领域进行了大量的探索、研究，在温室栽培技术等方面取得了显著发展。然而，由于中国在这一领域的研究相对较短，缺乏配套的技术和设备，环境监测能力不高，生产力有限，而且在全年都能进行生产的大型现代化温室很少出现。此外，虽然有对进口温室设备的需求，但投资规模太大，要求经营者的质量也很高。因此，中国的温室环境控制还存在很多的不足，还有很多可以进行改良的地方。
温室环境智能监控系统的研究涉及到计算机技术、传感器技术、控制技术、通讯技术、生物技术以及环境科学等多种技术和学科[2]。在我国研发制造以无线传感器网络为平台的温室监控系统，具有其独特的科研价值和实用性[2]。
但是，当前温室控制系统中使用的通信方式仍然存在一些缺点和不足，比如蓝牙使用成本较高、通信距离不长；在GPRS和GSM通信过程中所使用的电信网络需要交费，设备之间经常性的数据传输提高了使用成本；RS232串行通信可靠性高，成本低。
无线传感网络监测和控制系统,能够有效解决当下温室设备在农业生产应用中存在的缺点和不足,实现温室的温度和湿度等的自动调节,这对于推进农业生产设施向现代化的方向发展具有深远意义。因此，温室传感器网络监测与控制系统在国内外市场具有巨大的潜在客户、良好的市场前景和显著的经济效益。同时，对于温室内的环境有了极大的改善，对于保障农民的收益，提高广大农民的生活水平起着十分重要的作用，同时也为中国农业现代化做出重要贡献。另外，这也对促进农业生产、增加农名收入、促进我国农业生产智能化具有重要意义。因此，该项目的实施所带来的社会效益十分广大。
1.2 国内外发展状况分析
1.2.1 国外现状
早在上世纪70年代国外就已经开始研究温室控制技术。首先，模拟式组合仪表用来收集现场信息并进行指示，记录和控制。上世纪末开始出现分布式控制系统。正在开发研制基于计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统[3]。如今在温室控制方面世界上已经取得了很大的成就，先进国家甚至正在实现自动化的前提下逐渐迈向彻底的智能化和无人化。像以先进花卉培养技术而闻名于世的荷兰一样，在花卉的培养方面已经摈弃了人工的方式而转交由计算机来控制。日本通过采用采集环境因子并控制的方式，通过合理规划预先将不同农作物各个阶段所需的环境条件在计算机中建模设定，假如其中的一个因素发生变化，则会对该因素变化采取对应的修改或调整，通常把光照条件视作始变因素，温度，湿度和二氧化碳浓度视作随变因素，将该四种因素控制在最适宜的组合状态。美国和荷兰也使用不同温度管理技术来控制水果和蔬菜等产品的开花和成熟时间，来满足生产与市场需求。伦敦大学农学院研制的温室计算机遥控技术，可以观测50km以外温室内的光、温、湿、气和水等环境状况，并进行遥控[4]。另外，软件开发方面仍然有一些问题还没有得到有效解决。就拿如今在发展现代温室农业方面处于领头羊地位的以色列来说，其先进的智能一体化控制温室，通过配套完整的监控系统，利用在科技上的优势弥补了在农业资源和气候环境条件方面的短板。
1.2.2 国内现状
目前我国温室的主要种类有塑料大棚，日光温室和连栋温室。中国现代温室开始于上世纪30年代的冬季不供暖“温室”，而在70年代末和80年代初期才开始实现规模化的温室生产。通过首次在中国进口大量的温室，揭开了我国现代化温室生产、研究和普及的序幕[5]。 从上个世纪末开始，我国引进了大型连栋温室栽培技术，因此在农业方面也因生产反季节的设施园艺作物而得到显著的提升，在借鉴和吸收国外先进技术成果的基础上，经过我国多年不懈的努力，在付出了无数劳动者的智慧和努力之下，在温室控制的技术应用方面取得了骄人的进步，成为了温室生产面积领域的排头兵，与此同时在使用日光温室和遮阳网覆盖栽培技术方面取得到了很大的成绩，同样的在温室生产方面所使用的配套技术研究同样有了长足的发展。在目前的情况下，我国已经研制成了大规模、多样化且具有自主知识产权的温室设施，其中还包括利用光伏发电的节能型温室，已经实现国产化的材料和部件[6]，各类温室产品如雨后春笋般的涌入市面，且已经初具规模。目前我国温室技术的种类主要可以分为三类：一是利用日光来达到温室目的的，二是采用玻璃材质建造温室，三是采用了现代化智能技术的温室，但由于实际状况的不同，经济条件的差异，现情况下仍然存在着不同类型的温室混用的现象。
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