1、哈爾濱師范大學物聯(lián)網(wǎng)感知綜合課程設計報告題目：溫室大棚控制系統(tǒng) 年 級： 2013級 專 業(yè)： 物聯(lián)網(wǎng)工程姓 名： 高英亮 袁昊慈 指導教師：李世明 杜軍溫室大棚控制系統(tǒng)高英亮、袁昊慈摘要 中國農(nóng)業(yè)的發(fā)展必須走現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)這條道路，隨著國民經(jīng)濟的迅速增長，農(nóng)業(yè)的研究和應用技術越來越受到重視，特別是溫室大棚已經(jīng)成為高效農(nóng)業(yè)的一個重要組成部分?，F(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)就是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的一些重要參數(shù)進行檢測和控制。利用物聯(lián)網(wǎng)的傳感器技術實時采集溫室環(huán)境的空氣溫濕度、土壤水分和光照度等因素，單片機將數(shù)據(jù)進行分析處理做出合理的控制決策，控制執(zhí)行器進行自動噴灌，實現(xiàn)了計算機自動控制，按需、按期和按量噴灌

2、。系統(tǒng)主要由溫室環(huán)境信息采集模塊、單片機模塊和控制模塊組成，采集模塊包括光照度傳感器和空氣溫濕度傳感器。該系統(tǒng)采用傳感器技術和單片機相結(jié)合，由上位機和下位機( 都用單片機實現(xiàn)) 構(gòu)成，采用接口進行通訊，實現(xiàn)溫室大棚自動化控制。本系統(tǒng)環(huán)保節(jié)能、節(jié)水、省力，具有很好的實用性和推廣性。 1 引 言 中國農(nóng)業(yè)的發(fā)展必須走現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)這條道路，隨著國民經(jīng)濟的迅速增長，農(nóng)業(yè)的研究和應用技術越來越受到重視，特別是溫室大棚已經(jīng)成為高效農(nóng)業(yè)的一個重要組成部分?，F(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)就是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的一些重要參數(shù)進行檢測和控制。例如：空氣的溫度、濕度、二氧化碳含量、土壤的含水量等。在農(nóng)業(yè)種植問題中，溫室環(huán)境與

3、生物的生長、發(fā)育、能量交換密切相關，進行環(huán)境測控是實現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動化、科學化的基本保證，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合作物生長發(fā)育規(guī)律，控制環(huán)境條件，使作物達到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的栽培目的。以蔬菜大棚為代表的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)設施在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大的作用。大棚內(nèi)的溫度、濕度與二氧化碳含量等參數(shù)，直接關系到蔬菜和水果的生長。國外的溫室設施己經(jīng)發(fā)展到比較完備的程度，并形成了一定的標準，但是價格非常昂貴，缺乏與我國氣候特點相適應的測控軟件。而當今大多數(shù)對大棚溫度、濕度、二氧化碳含量的檢測與控制都采用人工管理，這樣不可避免的有測控精度低、勞動強度大及由于測控不及時等弊端，容易造成不可彌補的損失，結(jié)果不但

4、大大增加了成本，浪費了人力資源，而且很難達到預期的效果。因此，為了實現(xiàn)高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學化并提高農(nóng)業(yè)研究的準確性，推動我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展，必須大力發(fā)展農(nóng)業(yè)設施與相應的農(nóng)業(yè)工程，科學合理地調(diào)節(jié)大棚內(nèi)溫度、濕度以及二氧化碳的含量，使大棚內(nèi)形成有利于蔬菜、水果生長的環(huán)境，是大棚蔬菜和水果早熟、優(yōu)質(zhì)、高效益的重要環(huán)節(jié)。目前，隨著蔬菜大棚的迅速增多，人們對其性能要求也越來越高，特別是為了提高生產(chǎn)效率，對大棚的自動化程度要求也越來越高。由于單片機及各種電子器件性價比的迅速提高，使得這種要求變?yōu)榭赡堋?2 溫室自動噴灌系統(tǒng)整體設計該系統(tǒng)主要由溫室大棚環(huán)境信息采集模塊、單片機AT89c52模塊和控制模塊組成。采集

5、模塊包括光照度傳感器2Du6硅光電池、土壤水分傳感器TDR一3和空氣溫濕度傳感器LTM一8901。光照度傳感器采用硅光電池2Du6作為光電傳感器器件，土壤水分傳感器采用錦州陽光科技發(fā)展有限公司設計開發(fā)的TDR一3。這兩類傳感器輸出都是模擬量，所以需要經(jīng)信號調(diào)理電路及AD轉(zhuǎn)換等預處理后傳輸給單片機。溫室環(huán)境空氣溫度與濕度的采集采用溫濕度一體數(shù)字式傳感器SHT71，直接輸出數(shù)字量給單片機?？刂颇K主要由光電耦合器、繼電器和執(zhí)行器組成，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1 自動噴灌系統(tǒng)整體構(gòu)架框圖 3 信號采集系統(tǒng)3.1 光照采集模塊在溫室環(huán)境中，光照度是植物健康生長的重要能源因素，直接影響植物的生長、發(fā)育過程

6、、產(chǎn)量和果實品質(zhì)。另外，光照度也影響地表與大氣的物質(zhì)與能量交換，即與土壤水分含量有著密切關系，在節(jié)水灌溉中是一個重要的數(shù)據(jù)信息。所以，在設施農(nóng)業(yè)中光照度的檢測和監(jiān)測工作越來越得到重視。系統(tǒng)采用硅光電池2Du6作為光電傳感器件，將該器件的短路電流信號對此進行放大到05V，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊送給單片機AT89C52。由于硅光電池的短路特性隨光照強度是線性變化的，光電池在不同照度下的內(nèi)阻也不同，因而應選取適當?shù)耐饨迂撦d近似地滿足“短路”條件。AD轉(zhuǎn)換器只能夠接受電壓信號，因此在硅光電池2Du6和單片機AT89c52之間需要一個電流電壓轉(zhuǎn)換電路。這個電流轉(zhuǎn)換電壓模塊使用的是放大器0P777。3.2 溫濕度

7、采集模塊溫室內(nèi)空氣溫濕度的檢測僅僅靠單點測量是不能準確代表整個溫室環(huán)境的狀況的，尤其是對于大面積的溫室大棚而言，單點檢測對節(jié)水灌溉控制的精確度和節(jié)水效果有很大的影響。針對這個問題，本系統(tǒng)選用了數(shù)字式輸出和多點網(wǎng)絡檢測的易擴展式傳感器LTM一89。該傳感器和單片機的接口有兩種方式：一是單線接口方式；二是雙線接口方式。當在小面積溫室環(huán)境下，數(shù)據(jù)傳輸距離比較短時，采用單線接口方式；當溫室面積比較大、檢測點比較多及傳輸距離比較長的時候，采用雙線接口方式。4 控制系統(tǒng) 傳感器采集到溫室環(huán)境中土壤濕度、光照度以及空氣溫濕度各參數(shù)值，經(jīng)過單片機處理分析后，給出最優(yōu)化噴灌策略，發(fā)出控制信號使執(zhí)行機構(gòu)動作，進而

8、實現(xiàn)按時、按需和按量的節(jié)水自動噴灌。本系統(tǒng)選用TLP5214光電耦合器驅(qū)動繼電器輸出，其目的是為了在驅(qū)動執(zhí)行設備時提高控制接口的抗干擾能力。圖6為該接口的電路原理圖。在系統(tǒng)初始化時，將AT89C52的I0口輸出電平置成高電平，光耦TLP5214不導通，防止在AT89c52復位、上電時繼電器出現(xiàn)誤動作。圖2 控制系統(tǒng)接口電路圖5 界面設計 通過C程序編寫窗口并將串口傳輸過來的數(shù)據(jù)實時顯示在C編寫的窗口上的，不過能力有限所以增添了手動輸入彌補，并可以從數(shù)據(jù)庫中調(diào)用對應數(shù)據(jù)對其進行判定，以實現(xiàn)智能感應窗狀態(tài)的改變。首先用visual studio 2013建立窗口界面編輯環(huán)境。通過工具箱向窗口上拖拽

9、需要的控件完成窗口的大致規(guī)劃，然后將label和button控件的名稱修改成對應的變量的名稱和選項名稱。 5.1 主界面textBox程序private void TMP_label_KeyPress(object sender, KeyPressEventArgs e) if (!Char.IsNumber(e.KeyChar) && e.KeyChar != (char)8)/判定是否是數(shù)字與是否為刪除鍵（ASCII碼值中刪除鍵對應數(shù)字8） e.Handled = true; /當if判定為true時，e.Handled也為true所以不會對文本框進行賦值 圖3 Form1

10、主界面5.2 選擇界面label控件程序public partial class Form2 : Form public Form2() InitializeComponent(); private string string1; public string String1 set string1 = value; public void SetValue() this.label1.Text = string1; /主窗口和選擇界面通過InitializeComponent()函數(shù)連接，然后在選擇界面窗口中定義一個public string String1然后運行程序時，主界面會對Strin

11、g1進行賦值，然后選擇界面窗口可以對其進行調(diào)用,用其對label進行賦值。 6 軟件設計6.1設計原理(1)明確任務，弄清軟件所承擔的任務細節(jié)。 (2)軟件結(jié)構(gòu)設計，合理的軟件結(jié)構(gòu)是設計出一個性能優(yōu)良的單片機應用系統(tǒng)軟件的基礎。 (3)模塊化程序設計，是單片機應用中最常用的程序設計技術。將一個完整的程序分解成若干個功能相對獨立的較小的程序模塊，對各個程序模塊分別進行設計、編制和調(diào)試，最后將各個調(diào)試好的程序模塊進行聯(lián)調(diào)。 (4)編寫程序。根據(jù)系統(tǒng)功能和操作過程，列出程序的功能流程圖。在完成流程圖的設計之后，便可編寫程序了。6.2 溫度傳輸軟件此模塊的軟件設計主要是要

12、確保接收到正確的溫度數(shù)據(jù)，所以在程序中要加一些數(shù)據(jù)頭進行校驗。 1）發(fā)送溫度程序： while(1)             /溫度轉(zhuǎn)換，獲得溫度 SBUF=0xaa;   /為了防止無線接收模塊受到干擾,數(shù)據(jù)不對while(!TI);       /所以加上兩個數(shù)據(jù)頭,只有在正確接收TI=0; 到它倆后，才開始接收我們需要的數(shù)據(jù)  &#

13、160; SBUF=0x55;  while(!TI);  TI=0;  SBUF=table3a; /將測得的溫度值的各位及小數(shù)點逐位的發(fā)送出去while(!TI);   /百位  TI=0;             /依次發(fā)送其他各位  2） 接收溫度程序  void receive()

14、0; while(!RI);   RI=0;   i=SBUF; if(i=0xaa)    /判斷是否接收到0xaa,接收到的話再執(zhí)行下去     while(!RI);    RI=0;    i=SBUF;if(i=0x55)  /再繼續(xù)判斷是否接收到0x55,接收到的話就可以繼續(xù)接收正write_com(0x80); 確

15、的數(shù)據(jù)     while(!RI);    RI=0; a=SBUF;   /接收百位 write_data(a);  /液晶顯示百位    SBUF=a;   /再把百位發(fā)送給電腦    while(!TI);    TI=0; delay(100);  /延時&#

16、160;         /個位、十位小數(shù)點依次發(fā)送   6.3 上位機軟件設計本設計使用的方法，利用TComm控件實現(xiàn)串口通信。TComm控件可以實現(xiàn)DTR/DSR、RTS/CTS硬件流控制,是比較完善的串口控件。TComm控件的串口通信參數(shù)設置與MSComm類似默認情況下。TComm控件接收和發(fā)送數(shù)據(jù)支持字符串和字節(jié)兩種傳輸模式。在接收和發(fā)送數(shù)據(jù)前需要初始化串口，用SetPortOpen()方法打開串口,退出程序時用CloseComm()方法關閉串口。 /打開串口、接收和

17、發(fā)送數(shù)據(jù)的語句 Comm1->PortOpen=true; /打開串口 mReceive->Text = Comm1->Input； /接收數(shù)據(jù) mTransmit->Text= Comm1->Output； /發(fā)送數(shù)據(jù) / 接收下位機溫度及將獲得的數(shù)據(jù)繪制成曲線的程序 C+Builder提供了一個功能強大的可視化控件TChart，非常便于數(shù)據(jù)的圖形化顯示。通過設置組件屬性，可以生成點圖、線圖、餅圖、柱狀圖、區(qū)域圖，能夠顯示一維序列或二維序列，可

18、以自由設定刻度線和坐標。給序列添加一個數(shù)據(jù)只需調(diào)用AddX、AddY、AddXY方法，非常方便。因為需要得到溫度的實時曲線圖，所以在定時器timer的OnTimer事件中編寫程序，關鍵的語句如下：if (Comm1->PortOpen)       /判斷串口是否打開  mReceive->Text = Comm1->Input  /把接收到的溫度放到一個memo里 Buf = Trim(Comm1->

19、Input);  /刪除string首部和尾部空格的字符串 ReceiveStr = ReceiveStr + Buf;           do      Dot= ReceiveStr.Pos(' ');          if&

20、#160;(Dot=0)  break;       ReceiveDatai = StrToFloat( ReceiveStr.SubString(1,Dot-1);  /數(shù)據(jù)放進數(shù)組 ReceiveStr =ReceiveStr.Delete(1,Dot);    /留下未處理的數(shù)據(jù) Chart1->Series0->AddXY(i,ReceiveDatai,i,clRe

21、d);  /把接收到的溫度繪成曲線 i=i+1;     /接收下一個數(shù)據(jù)        While (1);  /直到找不到空格         ReceiveStr = ""    /存儲接收到的數(shù)據(jù)和對應的時間 關鍵的語句如下：

22、60;FILE *fp; fp=fopen(".data.txt","a");  /把數(shù)據(jù)存放到data.txt的文件里 fprintf(fp,"%s%sn",mReceive->Text, TimeToStr(Time(); fclose(fp); 7 總 結(jié)溫室大棚自動控制系統(tǒng)是近年來逐步發(fā)展起來的一種資源節(jié)約型高效農(nóng)業(yè)發(fā)展技術，它是在普通日光溫室的基礎上，結(jié)合現(xiàn)代化計算機自控技術、智能傳感技術等高科技手段發(fā)展起來的，因此我們組選擇了以溫室大棚控制系統(tǒng)作為課題進行課程設計。本系統(tǒng)通過采用溫濕度傳感器、光照傳感器，對溫室內(nèi)