毕业设计(论文)-温室大棚环境监测系统的设计.doc
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1、 题 目 温室大棚环境监测系统的设计 学生姓名 学号 所在学院 物 理 与 电 信 工 程 学 院 专业班级 通 信 工 程 专 业 1202 班 指导教师 完成地点 物 理 与 电 信 工 程 学 院 实 验 室 2016年6月5日毕业设计任务书院(系) 物理与电信工程学院 专业班级 通信1202 学生姓名 一、毕业设计题目 温室大棚环境监测系统的设计 二、毕业设计工作自 2015 年 12 月 10 日 起至 2016 年 6 月 20 日止三、毕业设计进行地点: 博远楼物理与电信工程学院通信工程系实验室 四、毕业设计内容要求:设计目的与意义:随着人们生活水平的不断提高,人们对自身的健康越
2、来越关注,对各类食物的要求也越来越高,温室大棚作为培育瓜果蔬菜的生长基地,因此对温室大棚中植物的生长环境进行实时监测是非常重要的,所以对温室大棚环境监测系统设计的研究是很有必要的。本次设计要求学生根据所学专业知识完成温室大棚环境监测系统的设计,提高学生分析问题、解决问题的能力,提高学生的实践应用能力。 其具体要求如下: 1. 要求查阅相关资料,至少确定两种设计方案; 2要求自选一种方案完成对温室大棚环境监测系统的设计; 3要求设计系统根据瓜果蔬菜的生长环境要求进行实时监测; 4. 要求完成系统硬件电路的搭建和系统整体测试,实现温室大棚环境智能化监测功能。 毕业论文要求: 1毕业设计论文撰写要求
3、格式规范,设计思路清晰,条理清楚; 2英文文献翻译要求语句通顺流畅,词义准确,用词恰当; 3. 毕业设计论文内容完整,准确无误,用A4纸张打印。 进程安排如下: 2016年1月10日-3月15日: 查资料,调研,确定方案,并按时在系统中提交开题报告。 2016年3月16日-4月25日:对系统硬件电路进行模块化设计,采用编程语言进行软件编程, 完成硬件电路的仿真;在系统中提交外文翻译;完成中期检查报告。 2016年4月26日5月20日:进行系统硬件电路的搭建、调试和测试,完成毕业设计验收。 2016年5月21日-5月31日:完成毕业设计论文初稿、定稿和终稿,并在系统中提交。 2016年6月1日-
4、6月15日: 进行毕业设计答辩,提交毕业设计资料。 指 导 教 师 系(教 研 室) 通信工程系 系(教研室)主任签名 批准日期 2015年 12月 20日 接受设计任务开始执行日期 2016年1月10日 学生签名 温室大棚环境监测系统的设计作者:(陕西理工学院 物理与电信工程学院 通信工程专业 2012级2班,陕西 汉中 723001)指导教师: 摘要 在农业生产中,温室大棚的应用越来越广泛,为人们创造了更高的经济效益。本课题设计了一种基于单片机的温室大棚环境监测系统,电路以单片机STC89C52为核心,由温湿度传感器DHT11、无线收发GSM模块和液晶显示屏LCD1602等组成。系统采用D
5、HT11采集温湿度信息,LCD1602实时显示,若超过温湿度设定范围时,蜂鸣器报警,并启动控制调节装置,通过GSM模块发送信息给管理者。经测试,该系统实现了温湿度信息的采集、调节、实时监控和报警等功能。关键词 温室大棚;单片机;温湿度传感器;GSM模块 ;液晶显示 Design of greenhouse environmental monitoring system Autho (Grade12,Class2,Major of Communication Engineering,School of Physics and telecommunicationEngineering of Sha
6、anxi University of Technology, Hanzhong 723001,Shannxi)Tutor:Xue ZAbstract:In the agricultural production, the application of the greenhouse is more and more extensive, and it has created a higher economic benefit for people.This topic designed a kind of greenhouse environment monitoring system base
7、d on single chip microcomputer, which is composed of temperature and humidity sensor DHT11, wireless receiving and sending of GSM module and liquid crystal display LCD1602, and so on. The system used DHT11 to collect the temperature and humidity information, LCD1602 real-time display, if the tempera
8、ture and humidity more than set range, buzzer alarm, and start the control regulator, through the GSM module to send information to the manager. After testing, the system realizes the function of collecting, adjusting, real-time monitoring and warning of the temperature and humidity information.Keyw
9、ords:Single chip STC89C52;DHT11;GSM wireless transceiver module;LCD1602 目 录1绪论11.1 课题背景11.2 国内外研究现状1 1.2.1国内研究现状1 1.2.2国外研究现状11.3 本课题的目的和意义22 方案论证与选择32.1 方案论证32.1.1方案一 基于zigbee的设计方案32.1.2 方案二 基于单片机的设计方案32.2 方案的比较与选择43 系统硬件电路设计53.1 单片机最小系统53.1.1 STC89C52简介53.1.2 单片机的最小系统53.2 温湿度采集模块电路63.2.1 DHT11温湿度传
10、感器简介63.2.2 DHT11温湿度传感器模块电路73.3 GSM无线收发模块电路73.3.1无线通信模块的选择73.3.2 SIM900A模块简介83.3.3 GSM无线传输模块电路83.4 显示模块电路83.4.1字符型液晶显示模块简介83.4.2字符型液晶显示模块引脚83.4.3 LCD1602显示模块电路93.5 报警模块电路93.6 控制调节模块电路103.7整体硬件电路原理图104 系统软件设计114.1 系统主流程设计114.2系统子程序设计114.2.1温湿采集子程序114.2.2液晶显示子程序设计144.3软件程序编译与下载164.3.1软件程序编译164.3.2 软件程序
11、下载165系统硬件电路制作与调试185.1系统电路仿真185.1.1 Protues仿真185.1.2 仿真调试195.2 硬件电路制作与调试195.2.1 硬件电路制作195.2.2 硬件电路调试205.3 硬件电路运行结果及分析206总结与展望226.1 总结226.2 展望22致谢23参考文献24附录A 英文文献原文25附录B 英文文献译文32附录C 系统原理图38附录D 系统源程序39附录E 元器件清单52陕西理工学院毕业设计 1绪论1.1 课题背景 近年来,温室大棚种植给人们的生活水平带来很大的便利,故而得到了非常迅速的推广和应用。温室大棚种植环境中的温度和湿度等环境因子对种植物物的
12、生长有了很重要的影响。目前国内可以实现自动监控大棚中环境因子的系统还不是很常见,而传统的人工控制方式又难达到科学合理种植的要求,而引进一些具有多功能的大型温室控制系统价格比较昂贵,不适合国情。 针对目前温室大棚发展的趋势,提出了一种温室大棚智能监控系统的设计。根据其智能监控的特殊性,需要传输温室大棚现场参数给管理者,并把管理者的命令下发到现场执行设备,同时又要使上级部门可随时通过互连网或者手机信息了解区域大棚的实时状况。基于GSM的温室大棚监控系统使这些成为可能。1.2 国内外研究现状1.2.1国内研究现状 我国在温室控制技术方面的研究比较晚,我国工程技术人员在吸收发达国家温室控制技术的基础上
13、,才掌握了人工气候室内微机控制技术。该技术开始于20世纪80年代。,但只应用于湿度、光照和温度等单项环境因子的控制。之后,20世纪80年代,我国的温室控制技术得到了迅速发展。先后从欧美和日本等发达国家引入了21.2平方千米连栋温室设施。但由于只过于注重引进温室设备,因此忽略了温室的管理技术和栽培技术,而且引进的温室系统能耗过高,以至于致使企业相继亏损或停产。,我国大型温室跌入了发展的低谷在90年代初。以色列温室为代表的北京中以示范农场的建立,我国开启了第二次引进和学习国外的现代温室技术的序幕。直到90年代中后期,我国自主开发了一些在对国外温室栽培品种、温室设备配置、栽培技术等各个方面研究性质的
14、环境控制系统进行了研究。1995年,北京农业大学研制成功了属于小型分布式数据采集控制系统的“WJG-1型实验温室环境监控计算机管理系统”。1996年,江苏理工大学毛罕平等研制成功了使用工控机进行管理的植物工厂系统。此系统能对光照、温度、CO2浓度、施肥和营养液等进行综合控制的功能,这是一种目前国产化比较典型的温室控制技术研究成果。中国农业机械化科学研究院研制成功了一种新型智能温室系统。该系统由大棚本体、太阳能贮存系统、灌溉系统、通风降温系统、燃油热风加热系统和计算机环境参数测控系统等组成。1997年以来,中国农业大学在温室环境的自动控制技术方面也取得了一定的成果。河北职业技术师范学院的闰忠文研
15、制了蔬菜大棚,在90年代末。其能够对温度和湿度进行实时测量与实时控制。但是因为我国农业的现代化水平比较低,劳动力过剩,一次性温室的投资大,资金相对短缺而且对操作人员的素质要求比较高等因素,因此限制了温室控制技术在温室大棚系统的发展。1.2.2国外研究现状 西方发达国家在现代温室测控技术上起步比较早。1949年,美国建成了第一个植物人工气候室,借助于工程技术的发展,开展了植物对自然环境的抗御能力和适应性的基础及研究。在20世纪60年代,生产型的高级温室开始应用于农业生产,首先建成了番茄生产工厂在奥地利,70年代后,以色列、美国、荷兰、英国和日本等国家的温室园艺得到了迅猛发展,温室设施开始广泛应用
16、于园艺作物生产、水产养殖业和畜牧业。近百年来,随着智能控制理论的发展和计算机技术的进步,作为设施农业的温室大棚成了重要的组成部分,其管理技术和自动控制不断得到提高,在世界各地都得到了很好的发展。在二十世纪70年代电子技术的迅猛发展和微型计算机的出现,使得温室大棚环境的控制技术产生了革命性的变化。80年代,微型计算机日新月异的进步和价格大幅度下降,人们对温室控制要求不断提高,在欧美以微机为核心的温室综合环境控制系统,迈入了网络化,智能化阶段。温室产业及相关技术在国外的发展速度很快。如在荷兰的阿姆斯特丹RAI展览馆每年11月举办一次国际花卉展览会,2003年就有来自世界各国的477个厂商展示了各自
17、的产品和实力。荷兰、日本、以色列、美国、韩国、西班牙、意大利、法国、加拿大等国是设施农业十分发达的国家,温室以大型温室为主。这些高水平大型温室的环境控制系统能够根据传感器采集室温、叶湿、地湿、室内湿度、土壤含水量、溶液浓度、二氧化碳浓度、风速、风向、以及植物作物生长状态等有关参数,结合作物生长所需最佳条件,有效调节有关设备装置,将室内温、湿、光、水、肥、气等诸因素综合协调调节到最佳状态。1.3 本课题的目的和意义 随着科技的飞速发展,人工智能已经走入人们的生活,近年来由于温室大棚良好的经济收益,使得国外对农作物生长监测开始于20世纪20年代末,发展速度较快,特别是欧美发达国家,如荷兰、美国等,
18、实现了机械化自动控制。我国毕竟是农业大国,在农业也是积累的相当多的经验和知识,但是我国大部分地区都存在山多土地少,土质不好,土壤资源匮乏,气候条件恶劣。这些劣势不利于农作物的生长,况且随着社会的日益进步,城市化的发展,使得从事农业生产的人越来越少,而社会对物质的需求却随着社会的发展日益增高,这就使原有的农作种植方式已经不能满足社会发展的需求,必须对传统的农业进行技术改革。因此农业智能化工作已经到来,而智能就需要对农作物生长的环境因素掌握和控制,而温度湿度是环境因素里面不可缺少的变量。温室控制技术也是针对这些因素进行研究的。 温室可以改变植物的生长环境,为植物创造环境,避免外界环境因四季的变化和
19、恶劣气候的变化对其影响。它以采光覆盖材料作为全部或部分结构材料在冬季或者不适宜陆地植物生长的季节栽培植物。温室生产以达到调节周期促进植物的生长发育、防止害虫及提高产量为目标。而且随着大棚技术的普及,为了使大棚技术能更好的服务于农业生产,温室大棚的环境监测便成为一个重要的课题。但是,传统的应用于温室大棚的环境监测系统整体太过庞大,安装和拆卸很不方便,同时易受干扰和损耗,测量误差也比较大。另外目前的监测设施的人机界面都设立在温室大棚的附近,从而造成查看数据不方便,不便于集中管理。本次设计拟采用GSM技术实现温室大棚的植物生长环境的智能检测,使人们能够随时了解温室大棚环境监测参数,及时采取相应措施,
20、保证植物的正常生长。2 方案论证与选择2.1 方案论证2.1.1方案一 基于zigbee的设计方案 基于zigbee的设计方案是一种采用CC-Link的网络,该网络技术系统极大地提高了系统的可靠性与实时性,并且可以实现远程控制中心、现场设备间通讯的无缝连接以及现场控制,实现温室内的空气流动,完成了执行器件的闭环控制,使得各个参量得到均衡的调节。该系统具有结构简单、可靠性高、扩展性好以及布线灵活等特点。但是这种技术及具体设备都会比较昂贵。结构框图如图3.1所示。 图2.1 方案一框图2.1.2 方案二 基于单片机的设计方案 此设计的温室环境监测系统硬件电路主要有监测板和主控板两个硬件主板实现,主
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