项目编号:mcubee-028

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总字数:11941

摘 要

当前我国针对CO2的研究技术相对而言已经很成熟了,研究的传感器检测也较为准确,但是设计使用在温室中检测CO2的检测仪器且很少,且当前国内外对CO2的研究其精度较高,主要用在实验中,而针对很多大棚的种植人员来说,不仅仅购买这些设备需要大量的费用,而且使用这些设备需要较为复杂的技术,使得很多种植大棚放弃使用该设计。从而设计一款精度要求没有那么高,但是操作简单,价格低廉的自动控制CO2浓度检测的系统就显得十分必要,此次设计一款基于单片机的二氧化碳浓度检测系统能够实时监测温室中的CO2并自动调整温室二氧化碳浓度为植物最适宜生长为核心,用STC89C52作为主控制芯片,结合按键模块、CO2监测模块、GSM模块等,实现自动检测温室中的CO2,当C02浓度过高时,进行通风,并进行蜂鸣器报警提醒和使用GSM发送短信。使得温室中的CO2浓度处于温室中植物最适宜生长的环境。

关键词:温室大棚;51单片机;CO2检测;GSM通信

ABSTRACT

Although the current study of CO2 detection technology at home and abroad have been relatively mature, and more accurate detection, but the use of research in greenhouse and less, and the studies at home and abroad high precision, suitable for use in a laboratory, for many greenhouses users, these equipment are in need of technology is relatively complex, and the cost is higher, a lot of greenhouse planting large terrified. Therefore, it is necessary to design a detection system that can automatically control the concentration of C02, although the accuracy is not very high and the price is low. The design of a single-chip based greenhouse carbon dioxide monitoring system is based on the real-time monitoring of greenhouse CO2 and automatically adjust the concentration of greenhouse carbon dioxide for the most suitable plant growth as the core, using STC89C52 as the main control chip, combined with the key module, CO2 monitoring module, GSM module, automatic detection of greenhouse CO2. When the concentration of C02 is too high, ventilation, buzzer alarm and GSM message sending. The CO2 concentration in the greenhouse is in the most suitable environment for the growth of plants in the greenhouse.

Key words: greenhouse; 51 MCU; CO2 detection; GSM communication

目录

第一章 引言

1.1课题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

1.2.2 国外研究现状

1.3 课题研究内容及方法

第二章 系统研究方案设计

2.1 系统整体设计

2.2.1 主控模块方案选择

2.2.2 显示模块方案选择

2.2.3 无线传输方案选择

第三章 系统硬件设计及实现

3.1主控模块电路

3.2 CO2监测模块电路

3.3 显示模块电路

3.4 报警模块电路

3.5 继电器模块电路

3.6 GSM模块电路

第四章 系统软件设计

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

第五章 仿真测试

5.1 整体仿真测试图

5.2 上电运行仿真测试

5.3 CO2浓度检测仿真测试

5.4 CO2浓度最大值设置仿真测试

总结与展望

致 谢

参考文献

附录

附录1:原理图

附录2:主程序

第一章 引言

1.1课题背景及意义

我国作为一个农业大国,其农业的发展在我国国民的经济发展中扮演很重要的角色,我国当前大面积使用温室大棚进行种植,这种种植模式完全突破了传统农业的种植模式,种植人员通过实时监测大棚中的CO2浓度,大棚中的光照强度及其大棚中的温湿度等等。然后将监测的数据和该中农作物最适宜的环境指标进行比较,然后用户通过人为进行调节,控制大棚中影响植物生长的各种因素,最后使得大棚中的植物生长在最适宜的环境之中,通过使用该方法,使得大大降低农作物由于地域的环境、或者气候等自然因素使得种植的植被受到限制,或者自然因素使得种植户作物产量减产,并且可以实现一年内多次循环种植,使得农业种植达到高产优产的目的。

所以,温室对我国农业的发展具有较为重要的作用,可以解决我国当前人口逐渐增加而人均耕地面积越来越少的问题。而CO2浓度作为温室大棚对植被影响较大因素之一,它作为植被光合作用的主要材料,所以研究可以检测温室大棚CO2检测较为重要。

当前气体传感器检测的方法有很多种,如使用气相色谱法气体设计的传感器、使用电化学气体设计的传感器、使用热导式气体设计的传感器、使用半导体气体设计的传感器等等。如果采用气相色谱法气体设计的传感器,使用该方法设计的传感器成本较高,而且需要较长的时间用于分析,使得该方法分析数据的实时性较差,最后使得这类气体传感器大量使用在实验中,使用在实际中较少;而使用电化学气体传感器,该传感器的电极和电解液伴随着时间的损耗,需要经常进行溶液的更换,而且其寿命液较短,长期的更换使得其成本增加,并且使用该方案其响应的时间液较长;使用热导式的传感器进行测量,存在测量的温度的偏差大,且其检测的精度较低;而使用催化燃料气体传感器具有较为致命的缺点:该传感器无法区分混混合后的可燃气体,而且容易发生爆炸;而如果采用半导体气体传感器,该传感器受到环境的干扰较大,而且具有较为长期的和较为出色的稳定性,而且其灵敏性较高,其选择性较好,其响应速度较快,得到了较为广泛的运用。

所以,研究使用半导体可以检测CO2的检测系统,对农业的发展较为重要,可以通过进行多点采集大棚中的CO2来分析大棚中的CO2浓度,从而实现较为准确检测温室大棚中的CO2浓度,然后为大棚控制CO2浓度处于农作物高产优产的浓度下。

本课题设计一款CO2检测系统,主要用来检测温室中的CO2,当检测到温室中的CO2浓度过高时,进行蜂鸣器报警,控制风扇进行通风,并向管理人员发送提示信息,管理人员可以通过按键设计适宜的CO2山下限值,减少CO2的浓度,并将检测的CO2实时显示在显示屏上。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

在1979年的时候,我国上海研究院和上海的第二分析仪器一切研制了红外线工业气体分析仪,该仪器可以实现较为准确的检测CO2浓度的量程,可以检测检测C02浓度为0~1%范围内的CO2,而且检测CO2浓度在两天内的漂移在0~5%的范围之内。该仪器的检测精度较高[1]。在2003年的时候,我国安徽研究所使用非分光红外吸收光谱技术,通过该技术很大程度上提高了仪器的检测精度。该仪器当前主要使用在检测机动车尾气之中[2]。同年,我国西安科技大学学生利用非分光红外吸收光谱技术和斩波技术,同时经过软件再实现对温度和压强进行补偿,使得检测CO2浓度的仪器的检测精度进一步提高,该种研究仪器当前主要使用再医院中为病人呼吸中CO2浓度的检测[3]。到2006年的时候,由我国燕山大学使用半导体二极管来检测CO2浓度,使用半导体使得检测CO2浓度具有很多的优点:灵敏度较高,响应速度较快,且选择性较好,最后使得使用帮到他传感器检测CO2浓度得到快速发展[4]

到2011年的时候,我国山东大学的陈霄、隋青美等研究小组,通过使用半导体激光器作为光源,然后采用光声光谱技术可以了对很多中气体的检测,而且该设计检测的精度、灵敏度和准确性都较高[5]。同年我国的复旦大学学生彭晶、谭伟等人通过采用光纤代替之前传统使用不锈钢制作的传感器的检测外壳,使用光纤具有很多的优点:光纤的损耗较低。使得该设计的灵敏度和选择性得到很大的提高,该设计的响应时间液低置10s,且当CO2浓度在5ppm的时候,该传感器的电压可以高达8.33mV[6]。到2012年的时候,我国深圳大学的陈子聪和高致慧等人通过使用红外LED灯作为红外光源,然后通过差分检测方法其它检测方法结合,最后使得该设计的灵敏度大大得到提高,如当检测C02浓度的范围为0~10%时,其检测的误差范围只为+0.9%[7]。

1.2.2 国外研究现状

在80年代的时候,法国已经研发了世界上第一台可以检测防爆的CO2检测仪器,该仪器可以检测CO2的范围为0~2%,而且该设计还考虑到了器件老化和器件上灰尘堆积问题,并通过进行增加自动增益电路补偿措施[8]。到1999年的时候,由日本的TaniguchiY、MurakamiK等研究团队通过使用PLZT的光学快门去取代之前较为传统的使用机械进行斩波的仪器,该设计检测CO2的精度可以达到0。026V/ppm[9]。到2001年的时候,美国的RollerC、NamjouK研发团队,通过使用二极管吸收光谱的方式设计的仪器可以实现对人体呼出的CO2浓度进行检测,在2012年的时候,BarritaultP、BrunM等研发团队通过MEMS研究技术,通过将微热板放置在薄膜上充当光源,然后利用非分光红外光谱技术来检测二氧化碳的浓度,该仪器可以检测CO2的浓度范围为:0~3000ppm,且当检测的CO2浓度在1000ppm的时候,该仪器的检测标志差小于30ppm,该系统的功耗很低,每次使用仅仅只需要消耗1.35mJ。同年HodgkinsonJ、SmithR等人通过使用成本较低的注塑技术,设计一款CO2浓度检测仪器,通过仿真进行检测,该仪器中的两个分离的探测器中都可以检测到光源辐射的4%,而且检测的距离高达32mm,该仪器检测CO2的最低限置可以低置1ppm。

虽然当前在国内和国外针对CO2浓度检测的仪器较多,而且技术液相对较为成熟,且检测液较为准确,但是可使用在温室大棚中的CO2浓度仪器且较少,而且当前在国内外设计的CO2检测精度较高,操作较为复杂,价格较为高昂,液使得当前很多大棚都没有采用,所以设计一款检测范围较为合理,而且价格较为合适的自动控制C02浓度的检测系统十分有必要。

1.3 课题研究内容及方法

基于单片机的温室二氧化碳监控系统是以能够实时监测温室中的CO2并自动调整温室二氧化碳浓度为植物最适宜生长为核心,用STC89C52作为主控制芯片,结合按键模块、CO2监测模块、GSM模块等,实现自动检测温室中的CO2,当C02浓度过高时,进行通风,并进行蜂鸣器报警提醒和使用GSM发送短信。使得温室中的CO2浓度处于温室中植物最适宜生长的环境。

使用传感器技术,实时准确检测温室中的CO2;

使用单片机技术,准确处理检测的信息,控制输出,使得温室中CO2保持在设定的范围之内;

使用无线传输技术,当温室中的C02浓度过高时,发送短信和用户进行提醒;

报警功能,当CO2浓度过高时,进行蜂鸣器报警提醒。

本论文框架:

第一章主要是介绍本毕业设计题目的选题背景和实际意义,和目前国内外的发展现状,以及本论文设计的目标和设计的框图。

第二章主要介绍设计的整体理念,包括论文的设计思路及设计原理图、主要芯片的选择以及主要元器件选择。

第三章主要介绍硬件电路设计原理,包含了主控模块电路、CO2检测模块电路、显示模块电路、报警模块电路、继电器模块电路、GSM模块电路工作原理图,将具体程序和电路图在附录中体现。

第四章主要介绍该设计的软件开发环境及软件设计流程,包含了软件的使用过程和总体软件设计流程、按键模式切换流程等等。

第五章主要介绍软硬件仿真过程,对此次设计温室大棚CO2浓度检测,及其仿真功能演示,将具体过程附上图文加以说明。

第六章主要是最后设计完成之后,进行的一个总结。

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