运用场景:基于STC单片机的塑料大棚温湿度控制

总字数:11502

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摘 要

近年来,随着塑料大棚在我国的快速发展,当前塑料大棚已经成为我国农业生产中一个重要的环节。但是在我国的南疆地区,该地区的昼夜温差较大,使得该地区的土地较为干旱,土壤沙漠化也越来越严重,使得该地区对塑料大棚中温度及其湿度的检测和控制要求也越来越高。此次设计使用STC89C52单片机作为主控芯片,使用DHT11作为塑料大棚温湿度的检测模块。此次设计的塑料温室所使用的硬件包括:主控芯片STC89C52、温湿度检测模块DHT11、显示模块LCD1602、输出控制模块和报警模块组成。给系统进行上电之后,通过温湿度检测模块检测塑料大棚的温湿度,并将检测的数据上传到单片机进行处理,通过将检测的温湿度数据和设置的温湿度数据进行对比,从而控制输出,使得塑料大棚中植被生存在较为适宜的温湿度环境之中。该设计可以实现对塑料大棚温度的检测,且该设计的结构较为简单、系统稳定性较高、较为经济实用,可以满足南疆地区大部分农户的需求。

关键词:单片机;温湿度;控制系统;塑料大棚;南疆地区

目录

摘 要

第 1 章 概述

1.1 引言

1.2 国内外温室发展现状

1.2.1 国外温室现状及发展

1.2.2 国内温室现状及发展

1.3 论文研究任务及所做工作

1.3.1 论文要完成的主要任务

1.3.2 论文所做的工作

第2章  系统方案设计

2.1 主要元器件选择

2.1.1 主控芯片选择

2.1.2 显示方案选择

2.1.3 电源方案的选择

2.2 系统总体设计思路

第3章 硬件电路

3.2 系统硬件设计

3.2.1 控制核心模块

3.2.2 温湿度采集模块

3.2.3 显示模块电路

3.2.4 报警模块

第4章 软件设计

4.1 编程软件介绍

4.2 主程序流程设计

4.3 按键函数流程设计

4.4 显示函数流程设计

4.5 处理函数流程设计

第5章 实物测试

5.1 实物整体焊接测试

5.2 实物上电测试

5.3 实物温湿度设置测试

第 6 章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

 第 1 章 概述

1.1 引言 

温室是农业生产中较为重要的环节,使用温室进行农业生产可以摆脱中国传统农业生产的缺点,使得农作物冲破了传统农作物生长在时间及其空间上的局限,使用温室进行农业生产可以使得植物反季节、超时令的生产,可以有效的解决我国当前蔬菜或者水果供应的不足的问题。

随着科学技术的发展,当前将计算机技术、自动化技术及其智能控制技术结合设计的玻璃式温室,掀起了温室进行栽培的热潮[1]

随着科技的进行,温室大棚从最初的塑料大棚到发展现在较为复杂日光温室,南疆地区,地处我国的天山以北,昆仑山以南的区域,属于干旱的沙漠型气候,该地区的沙漠发生较为频繁,每年的降水量较少,昼夜的温差较大,可相差24℃。这样子的环境调节下,很难保障农作物的生长。

在该地区使用温室大棚或者塑料大棚可以使得农作物更好的生长,防止由于地区气候原因等恶劣的天气使得农作物受到影响,温室大棚和塑料大棚的出现使得农民农作物得到增收,促进了农业产品结构化的调整。最近几年,虽然智能温室发展较为迅速,但是这种方法由于其建设成本较高,并不适合南疆地区,目前,很多的蔬菜依旧无法在寒冷的冬季进行生产[2]

近年来,我国南疆地区蔬菜的总产量逐年下滑,大部分的蔬菜供应都需要从外地运输进行供应,该地区的蔬菜无法实现自给自足,且人们能够使用的蔬菜都比较单一,目前很多进行室内温度检测与控制系统大部分都采用PLC进行的,虽然使用PLC进行控制准确度较高,但是成本较高,不符合当前南疆地区大部分农户的要求,设计一款基于单片机的温湿度控制系统就显得尤为重要了,不仅仅可以使得农作物可以生成在适宜的环境之中,而且可以增加农户的收成,可以防止蔬菜受到恶劣环境的影响,使得农户生产成本降低,农作物的收益增加,为农户的收益最大化提供了保障。

1.2 国内外温室发展现状 

1.2.1 国外温室现状及发展 

在国外,最早的温室栽培起源于罗马,在最初的时候,罗马人利用云母片覆盖在黄瓜的外表,使得黄瓜可以早熟[3]。15世纪到16世纪时期,很多外国国家:英国、蓝牙、荷兰等国家就已经开始设计简易的温室蔬菜和水果了[4]。到17世纪,英国、法国等国家已经开始建设玻璃温室了[5]。到19世纪时,英国已经开始研究温度加温设备及其光照强度对植物的影响,并且研究出了双面玻璃温室,并用来培养一些菠萝、葡萄等水果。到19世纪后期,温室栽培技术被传输到世界过地,并得到了大量的普及。

在荷兰、美国等国家,温度发展较早。当前主要针对环境的温湿度、土壤性质、水质管理、品种的选育等进行研究。在美国,已经建设了很多的人工气候室,可以对温室内环境的温度、湿度、光照强度、CO2浓度等这些基本参数进行控制。而英国主要发展计算机技术,通过计算机对温室进行远程控制,能够实现远距离控制环境中的温湿度、CO2浓度、光照强度、土壤PH值等,其控制距离高达50公路。而以色列当前设计的滴灌技术为当前温室品种培育的一流水平,该设计使得水资源得到大大的节俭并且可以使得土壤盐渍化程度大大降低。澳大利亚近年来设计出当前最为先进的封闭式的环境温室,采用了网络通讯技术、蓝牙技术、视频技术及其补光技术等,实现对农作物的检测和控制[6]

使用温室大棚可以节约大量的人力和物力,改善了生产的效果,使得农户的收益得到很大幅度的提高。

1.2.2 国内温室现状及发展 

从我国当前温室的发展上看,不管是农村还是城市,我国的温室都得到一定程度的普及,并向着结构化、集成化、产业化方向发展。在我国较为发展的地区目前已经建设了大量的不同层次的、不同规模的高兴技术园区,近年来通过对农业结构的调整,使得我国现代的温室得到大幅度的发展,也使得我国农业温室面积得到扩大,农作物的种类也得到大幅度增加。我国目前的温室设备也在不断完善,温室管理水平也在不断提高[7]

近年来,我国进行栽培技术的提高、新品种植被、新技术的引入,使得我国园艺技术的含金量得到提高。目前我国已经培育出耐低温、可以生存在弱光的环境之中,并且抗逆性较强。目前通过将工厂化育苗、嫁接育苗、喷灌和滴灌等结合起来,通过电能进行控制和管理,使得人们的劳动力得到解放。

目前我国进行温室建设的材料使用的是热镀锌管,植被覆盖的材料使用双层的可充气薄膜,还研究了可以在各种环境调控及其微机控制等,我国当前进行的无土栽培、品种选育已经领先世界国际水平,但是使用起来依旧很受限制,温室环境的面积有限,智能提供少量的育苗和种植,很多时候依旧靠人们手工进行进行管理,其管理体制还有待提高,并且并没有将生产、管理、加工、销售紧密连接起来,目前大部分的温室结构都较为简单、环境的调控也较难,其水平还是远远落后于国外。

1.3 论文研究任务及所做工作 

1.3.1 论文要完成的主要任务 

本文主要针对南疆地区的气候特点进行开发,设计一款以单片机为主控芯片,可以自动检测大棚环境的温湿度,通过将检测的温湿度和设置的温湿度进行比较,控制外设工作,使得温室大棚的环境温湿度得到控制,该设计成本较低,可以满足大部分农户的需求。

1.3.2 论文所做的工作 

论文主要做了以下工作:

(1) 详细介绍了此次塑料大棚温湿度控制系统原理[8]

(2) 使用单片机作为主控芯片,设计一款可以满足南疆地区大部分农户需求的温湿度控制器,并根据设计需求进行原理图的绘制及其原理图的分析[9]

(3) 进行程序的撰写,并通过keil5进行程序的编译及其修改,最后完成此次实物调试。

(4) 进行实物测试,检测能否检测塑料大棚环境温湿度及其对温湿度的控制。

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