基于单片机的智能温室控制系统设计Word下载.docx

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然后，通过比较和分析选择出合适的电路元器件并以这些元器件为基础搭建出传感器模块，A/D转换模块，显示模块，按键模块，继电器控制模块和电源模块的电路原理图并给出程序框图。

最后，以STC89C52单片机为核心，组成完整电路。

通过单片机对各个模块进行控制，实现温室内温度、湿度、光照强度的实时测量与控制，达到温室内各个环境因子维持在一定范围内的目的。

不仅克服了人工测量方法的弊端，还避免了人为的失误造成不必要的损失。

关键词温室控制；

单片机；

传感器；

信号采集

DesignofIntelligentGreenhouseControlSystemBasedonMCU

Abstract

Temperature,humidity,andlightintensityaretheimportantfactorsforthecropgrowth.Itisreallybeneficialforagriculturalproductionifwecancontrolofthesefactorsinthegreenhouseproperlyandprovidearelativelyappropriateandstableenvironment.Besides,accordingtothesituationofourcountry,theexpensivegreenhousecontrolsystemisnotsuitableinthedomesticpromotion.Sodevelopingalowcost,simpleoperation,highreliabilityofthegreenhousecontrolsystemhasastrongtheoreticalandpracticalsignificance.Basedonthepurposeabove,thisdissertationmakesthefollowingresearch:

Firstofall,thisdissertationexpoundsthesignificanceandresearchdirectionsofintelligentgreenhousecontrolsystem.Secondly,itcomparesthesituationofdomesticandinternational,analyzestheachievementsandexperienceofsomedevelopedcountriesemphatically,discussessomeresultsofthetheorythatismoreadvanced,andpointsoutthedeficiencyofdomesticandwhatneedstobedonetoimproveanddevelopinthisrespect.Thenitchoosetheappropriatecircuitcomponentsbycomparingandanalyzing,buildthesensormodule,A/Dconversionmodule,displaymodule,keyboardmodule,relaycontrolmoduleandpowermodulecircuitdiagrambasedonthesecomponentsandgivestheprogramblock.Finally,itbuildsacompletecircuitbasedonSTC89C52microcontrollerasthecore.ThroughthecontrollingofothermodulesbyMCU,itrealizesthereal-timemeasurementandcontrollingoftemperature,humidityandlightintensityinthegreenhouseandreachingthepurposeofmaintainingtheenvironmentfactorswithinacertainrange.

Keywordsgreenhousecontrolling;

MCU;

sensor;

Signalacquisition

第1章绪论

1.1智能温室系统的研究意义及发展方向

智能温室是现代农业重要组成部分，温室产业在我国农业比重不断增加，加快了我国现代化农业发展速度。

目前，我国温室面积遥遥领先世界各国，但是这些温室普遍智能化程度不高，缺少技术和设备，应对自然灾害能力很差，技术含量不高，对于环境的调控能力弱。

造成这样的根本原因在于缺少高效智能的现代控制系统，如果进口外国的控制系统和配套设备，那么生产成本极高，对于操作人员的要求也很高，同时在技术上收到知识产权和技术使用费用的不平等剥削。

同时，国外的温室应用环境与我国地理条件还有较大差异，实践证明许多原样引进温室大多“水土不服”，不适合我国国情。

因此，开发具有自主产权的，适用于我国农业国情和特点的同时控制简单可靠、建设和维护成本低廉的智能温室控制系统就有着重要的理论意义和现实意义。

影响作物生长的温室环境因子很多，其中温度、湿度、CO2浓度、光强度等是作物生长最基本要素。

要创造适宜作物生长的人工环境，就要将温室系统的温度、湿度、CO2浓度、光照强度等参数控制在合适的范围[1]。

智能温室采用先进的科学技术进行设计，是集计算机科学、信息处理、工程科学、农业生物学、环境科学等于一体的多元综合技术。

它能够为种植的作物提供生长必须的良好环境，并且能够控制和调节温室的小气候，使得作物生长不再受限于温度、湿度、光照等外部因素。

智能温室能有效的改善农业生态、生产条件、促进农业资源的科学开发和合理利用，实现了农业的科学发展。

同样，如果温室控制系统要为作物创造合适的生长环境，光照、温度、湿度、CO2浓度等条件都要调控在适当的范围，因此就要定制灵活多样的控制决策和管理策略，要适应作物种类的多样化需求，适应市场环境的多变，真正做到低投入、高产出、高质量的目标，体现出高科技温室的智能性和优越性。

如今，温室环境中的受控对象的不确定行和需求的多样性，使得温室控制比一般的工业控制更加复杂。

如果采用常规的控制方法来处理这种多输入、多输出、非线性的控制过程就很难获得理想的结果。

因此我们要从系统的控制算法和控制结构上进行彻底的改进。

比如农业专家系统：

它是基于神经网络、PID控制基础上提出的，在集合了众多控制算法的优点并结合了温室特点建立的。

将神经网络的智能控制方法运用到温室环境控制中，提高了控制的运动化和智能化，真正意义上实现了温室控制的高效化、自动化和节约能源，指明了温室产业的一个发展方向。

温室产业的另一个重要的发展方向是农业装备自动化。

温室环境自动化监测作为多个温室大棚同时管理的有效措施，不仅是实现了农业身缠自动化和高效化的关键环节之一，同样是未来农业发展的重要途径之一[2]。

目前，单片机和计算机市场价格较低，如果仪器设计从应用的实际情况出发，最大限度满足客户的要求，温室控制仪器的研制与生产就会有较大发展前景。

1.2智能温室系统国内外研究现状及科研成果

1.2.1智能温室系统国外研究现状

国外的温室栽培历史可以追溯到公元前三年，从上个世纪七十年代开始，西方的发达国家投入了大量的研究力量和资金补贴发展现代农业，其中荷兰，美国，以色列，日本，加拿大等国家的现代农业技术十分发达，居于世界领先地位。

国外发达国家在温室环境的智能控制技术方面进行了大量的研究，取得了很多重要的研究成果。

这些国家温室种植规模大、自动化程度高、生产效率高，实现了温室内水分、温度、光照、CO2浓度等智能化控制。

例如，以色列的智能温室控制根据作物的需求不同，利用计算机对温室环境进行自动监测和调控，实现了作物全天候、周年性的高效生产；

美国和日本等国家也采用了全智能化的控制生产体系，利用人工补充光照，视频监控、远程监控和控制、智能机器手等先进的技术，大大提高了劳动生产率和产品产出率。

如今，国外的智能温室产业有一下发展趋势：

温室的面积继续呈现扩大的趋势，在农业技术发达的国家，每栋智能温室的面积都在0.5hm2以上，这样便于机械化作业和立体栽培；

建筑材料多样化和多功能方向发展，气温较低的北欧国家采用玻璃覆盖，法国等南欧国家采用塑料；

无土栽培技术迅速发展，融入机械化、工程化、自动化，多因素自动态控制取代了单一因素控制；

温室管理向智能化和网络化发展；

温室生产向节能化、环保等方向发展；

智能温室大多采用了微喷滴灌等技术进行作物灌溉，研究作物需水的专家知识库，以此为依据建立智能灌溉监控系统。

1.2.2智能温室系统国内研究现状

我国的只能温室产业起步较晚，农业计算机的应用开始于20世纪70年代中期，到80年代初期计算机开始应用于温室的管理和控制领域。

但发展很快，特别是日光温室蔬菜生产是我国农业种植中效益最大的产业。

截止到2010年，我国日光温室建筑面积超过480万亩，塑料大棚建筑面积突破930万亩，均已居于世界首位[3]。

我国的日光温室在建筑结构、环境调控和无土栽培等方面的不断改进，形成了节能型日光温室。

我国的日光温室大多数以塑料为覆盖材料，逐渐向大型化和多样化发展方向发展。

各地纷纷建立了现代化高效的农业示范园。

我国的温室虽然很大，但是智能化程度普遍不高，具有智能控制的温室仅仅占总面积的0.01%左右。

我国在“十”和“十一五”期间，在科技部的领导和组织下，实施了“工厂化高效农业研究示范项目”，引进了现代化的温室设备和技术，通过借鉴和技术创新，进行了品种选育、无土栽培、温度湿度等环境因素的综合控制技术的研究和攻关，取得了一系列的科技成果，有效的推动了我国智能温室的发展。

有关的科研单位在温室控制系统方面进行了很多的探索和研究，取得了可喜的成果。

同时结合我国的具体气候和农业发展水平，形成了具有自主特色的现代温室控制技术。

节能型日光温室控制系统就是其中典型的技术创新，它能够在不同的地区、不同的气候下实现温室的智能化和现代化控制。

在温室的环境监控和决策的研究方面，我国的相关部门也取得了开拓性的进展。

在温室控制和作物栽培技术方面，中国农业大学进行了卓有成效的研究。

这些研究不仅推动了我国农业现代化的发展，构建了温室控制的理论基础，同时填补了我国智能温室控制方面的空白。

但是这些控制系统都对多输入—多输出的多因子控制缺乏有效的控制，所以很难大面积推广。

我国温室产业的发展还存在以下几个问题：

科学技术含量较低。

中国的温室种植无论在设备本身还是在栽培管理和控制方面，大多数的设施简陋