基于單片機(jī)的智能農(nóng)業(yè)大棚溫控系統(tǒng)設(shè)計基于單片機(jī)的智能農(nóng)業(yè)大棚溫控設(shè)計摘要：1.1課題研究的背景隨著全球人口增長和耕地的減少，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)面領(lǐng)挑戰(zhàn)。智能農(nóng)業(yè)大棚通過先進(jìn)的技術(shù)，控制植物生長環(huán)境，優(yōu)化作物生長條件，使其產(chǎn)量和品質(zhì)提高。傳統(tǒng)大棚溫控依賴人工，存在精度低、效率差、成本高等問題。基于單片機(jī)的智能溫控系統(tǒng)能實時監(jiān)測和自動調(diào)節(jié)溫度，具有成本低、穩(wěn)定性高、易于維護(hù)等優(yōu)勢，符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)需求。采用更高精度的傳感器，提升溫度監(jiān)測精度。結(jié)合濕度、光照、CO2濃度等多環(huán)境因子，實現(xiàn)更精準(zhǔn)的控制。1.2課題的研究目的與意義 本設(shè)計是一種基于單片機(jī)的智能溫室大棚控制系統(tǒng)，采用了AT89S51單片機(jī)為主控系統(tǒng),通過溫濕度傳感器和光敏電阻對大棚內(nèi)的溫濕度以及光照強(qiáng)度進(jìn)行檢測并且對其參數(shù)進(jìn)行自動控制，并且讓檢測到的溫濕度值和光照值顯示在LCD1602顯示屏。采集到的參數(shù)信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號需要經(jīng)過相應(yīng)的傳感器，轉(zhuǎn)變成的數(shù)字信號需要經(jīng)過單片機(jī)進(jìn)行處理分析。通過以上的設(shè)計可以對影響植物生長的環(huán)境因素進(jìn)行實地、直觀地顯示，克服了傳統(tǒng)人工不能連續(xù)測量的困難，減少人工工作量，也避免了人為的疏忽本系統(tǒng)采用電力電子信息技術(shù)、自動化控制系統(tǒng)技術(shù)、單片機(jī)基礎(chǔ)原理等現(xiàn)代技術(shù)，對溫室大棚進(jìn)行實時檢測，通過檢測溫室大棚的自然環(huán)境因素并做出相應(yīng)控制。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，想營造一個良好的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，需要我們合理有效地控制各個環(huán)境因素：空氣的溫濕度、光照強(qiáng)度等因素，來確保農(nóng)作物的生長效率。傳統(tǒng)耕作模式，常用手動檢測和手動式操作檢測環(huán)境參數(shù)，存在許多弊端，例如勞動成本高，效率低，存在較大的誤差等，難以實現(xiàn)所希望的結(jié)果。況且傳統(tǒng)耕作模式，只能確保農(nóng)作物一年一熟或者兩熟，而采用現(xiàn)代科技的溫室大棚，許多農(nóng)產(chǎn)品能夠達(dá)到一年四熟。因此，為了能夠促進(jìn)我國農(nóng)產(chǎn)品達(dá)到高質(zhì)量，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，必須加大現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)科技的資金扶持與研究力度，并采用現(xiàn)代創(chuàng)新科技，自動化、精準(zhǔn)化地調(diào)節(jié)溫室大棚里的空氣溫度、土壤濕度和光照強(qiáng)度，營造一個高效率、高產(chǎn)量的農(nóng)作物生產(chǎn)環(huán)境。現(xiàn)在，隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與科技的不斷進(jìn)步，各個國家對現(xiàn)代化科技的要求與需求不斷提升，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化水平要求也自然而然的提高。隨著我國電力電子與單片機(jī)內(nèi)部控制管理系統(tǒng)迅速發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化也不再是一個難題。在本設(shè)計中，采用AT89S51單片機(jī)，設(shè)計一種溫室大棚控制系統(tǒng)，對影響農(nóng)作物生長的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行自動檢測與控制系統(tǒng),主要控制的環(huán)境參數(shù)的是空氣溫度，土壤濕度，光強(qiáng)度等影響農(nóng)作物生長的自然環(huán)境因素，通過檢測與控制各環(huán)境因素，從而為作物的正常生長提供保障，為高產(chǎn)量打下基礎(chǔ)。本系統(tǒng)具備操作簡單、控制速度快、檢測速度快、控制精度準(zhǔn)確、成本低等特點，非常適合我國各地區(qū)。1.3課題解決的主要內(nèi)容一、本課題所研究的農(nóng)業(yè)溫室大棚是單片機(jī)控制技術(shù)的一個具體應(yīng)用，主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面：1.環(huán)境精準(zhǔn)調(diào)控問題2.資源浪費問題3.人力成本過高問題4.作物生長品質(zhì)與產(chǎn)量不穩(wěn)定問題5.設(shè)備故障影響生產(chǎn)問題二、項目包括下面六個階段階段12024.3.29-2024.3.12項目選題及申報階段22024.3.21-2024.3.27項目前期分析及資料收集階段32024.3.27-2024.4.10項目硬件系統(tǒng)的構(gòu)建與調(diào)試階段42024.4.10-2024.4.20項目現(xiàn)場安裝及調(diào)試階段52024.4.20-2024.4.25項目結(jié)項匯報項目硬件系統(tǒng)的構(gòu)建與調(diào)試1.單片機(jī)核心模塊：選用如STM32系列單片機(jī)，具備高性能、低功耗特點，運算速度快，有豐富的外設(shè)接口，像GPIO、SPI、USART等，能高效處理傳感器數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)控制執(zhí)行設(shè)備，是整個系統(tǒng)的運算與控制中樞。2.傳感器模塊-溫度傳感器：采用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，可同時測量溫度與濕度，測量范圍廣，濕度20%-90%RH，溫度0℃-50℃，精度能滿足大棚環(huán)境監(jiān)測需求，通過單總線與單片機(jī)通信，傳輸穩(wěn)定可靠。-光照傳感器：例如BH1750數(shù)字光照傳感器，能精準(zhǔn)測量光照強(qiáng)度，將光信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸出，測量范圍1-65535lx，分辨率高，為大棚內(nèi)光照調(diào)控提供數(shù)據(jù)支持。-二氧化碳傳感器：以MG811型為例，對二氧化碳濃度敏感，測量范圍0-5000ppm，可實時監(jiān)測大棚內(nèi)二氧化碳含量，保證作物光合作用所需。3.執(zhí)行器模塊-通風(fēng)設(shè)備：連接繼電器控制的排風(fēng)扇，當(dāng)大棚內(nèi)溫度、濕度或二氧化碳濃度超標(biāo)時，單片機(jī)控制繼電器開啟排風(fēng)扇，實現(xiàn)通風(fēng)換氣。-遮陽設(shè)備：通過電機(jī)驅(qū)動模塊控制遮陽網(wǎng)電機(jī)，依據(jù)光照強(qiáng)度，單片機(jī)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)遮陽網(wǎng)展開或收起，控制光照強(qiáng)度。-加熱設(shè)備：由繼電器控制加熱絲，在溫度過低時，單片機(jī)觸發(fā)繼電器，開啟加熱絲提升大棚溫度。-灌溉設(shè)備：利用電磁閥控制水管水流，單片機(jī)根據(jù)土壤濕度傳感器數(shù)據(jù)，控制電磁閥開閉，實現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉。4.電源模塊：采用AC-DC開關(guān)電源將220V交流電轉(zhuǎn)換為5V或12V直流電，為單片機(jī)、傳感器、執(zhí)行器等供電，搭配穩(wěn)壓芯片確保輸出電壓穩(wěn)定，滿足不同模塊的供電需求。硬件系統(tǒng)調(diào)試1.硬件連接檢查：對照硬件設(shè)計電路圖，仔細(xì)檢查各模塊間連線，確保無虛焊、短路、斷路等問題，重點檢查電源連接，防止因接線錯誤損壞硬件。2.傳感器調(diào)試：使用專業(yè)校準(zhǔn)設(shè)備，如恒溫恒濕箱校準(zhǔn)溫濕度傳感器，用標(biāo)準(zhǔn)光源校準(zhǔn)光照傳感器，通入標(biāo)準(zhǔn)濃度二氧化碳?xì)怏w校準(zhǔn)二氧化碳傳感器，對比傳感器輸出數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)值，調(diào)整傳感器參數(shù)，保證測量精度。3.執(zhí)行器調(diào)試：單獨給每個執(zhí)行器供電，手動測試其運行狀態(tài)，如排風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速、遮陽網(wǎng)電機(jī)的動作、加熱絲的加熱情況、電磁閥的開閉，確保執(zhí)行器能正常工作。然后通過單片機(jī)控制執(zhí)行器，檢查控制邏輯是否正確。4.整體聯(lián)調(diào)：將所有硬件模塊連接，運行系統(tǒng)軟件，模擬不同環(huán)境參數(shù)變化，觀察系統(tǒng)整體運行情況，檢查傳感器數(shù)據(jù)采集、單片機(jī)處理、執(zhí)行器動作是否協(xié)調(diào)一致，對出現(xiàn)的問題及時排查硬件與軟件故障，優(yōu)化系統(tǒng)性能。FT:表示的是耐壓值為5v串口：就是串口通信功能，比如藍(lán)牙，GSM，GPS,PM2.5,甲醛等IIC：通信的一種方式，比如BMP180，SHT20，SPI：通信的一種方式，比如RC522射頻卡，語音識別LD3320ADC:模數(shù)轉(zhuǎn)換，比如煙霧，酒精TIM：定時器DAC：數(shù)模轉(zhuǎn)換SWD：程序下載口單片機(jī)引腳標(biāo)號。作為藍(lán)牙串口模塊，ATK-HC05模塊是主從一體的，而且性能較高，可以與PDA、手機(jī)、電腦等具有藍(lán)牙功能的設(shè)備實現(xiàn)配對，該模塊所支持的波特率范圍非常大，為4800~1382400，而且該模塊和3.3V或5V的單片機(jī)系統(tǒng)相兼容，極其方便、靈活。在建立微微網(wǎng)前，一切設(shè)備都是就緒狀態(tài)，在此狀態(tài)中，每1.28s未連接的設(shè)備便會對一次消息進(jìn)行監(jiān)聽，喚醒設(shè)備后，在監(jiān)聽信息時可以預(yù)設(shè)32個調(diào)頻頻率，主設(shè)備初始化后實現(xiàn)連接進(jìn)程。倘若已知設(shè)備的地址，通過頁信息實現(xiàn)連接；倘若地址是未知的，那么通過頁信息的查詢信息實現(xiàn)連接。微微網(wǎng)中，如果設(shè)備未進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，那么它便進(jìn)入節(jié)能狀態(tài)。主設(shè)備設(shè)置從設(shè)備為保持方式，此過程中處于工作狀態(tài)的只有內(nèi)部定時器；從設(shè)備亦可以進(jìn)入到保持方式。設(shè)備一旦轉(zhuǎn)出保持方式便可以開始數(shù)據(jù)傳輸。在和幾個微微網(wǎng)相連，或者對低功耗器件進(jìn)行管理時，常用保持方式。低功耗的另外兩種工作方式是休眠、監(jiān)聽方式。鑒于藍(lán)牙基帶技術(shù)，其支持面向連接方式、無連接方式，前者傳輸語音，后者傳輸分組數(shù)據(jù)，溫度數(shù)據(jù)就通過無連接方式傳輸。

藍(lán)牙采用的是跳頻和時分多址技術(shù)。為了使頻譜擴(kuò)展，需要利用偽隨機(jī)碼序列實現(xiàn)頻移鍵控，此載波頻率發(fā)生跳變，即為跳頻。傳統(tǒng)通信系統(tǒng)中使用定頻方式，在發(fā)射機(jī)中，主振蕩器具有固定的振蕩頻率，為了實現(xiàn)載波頻率的跳變，得到跳頻信號，按照控制指令改變主振蕩器的頻率。能夠得到跳頻信號的裝置被稱作跳頻器，它主要包括跳頻指令發(fā)生器、頻率合成器。如果將跳頻器等同于主振蕩器，那么和傳統(tǒng)的發(fā)信機(jī)沒有任何不同。可以對模擬、數(shù)字形式的信號進(jìn)行傳送，之后利用調(diào)制器實現(xiàn)調(diào)制，進(jìn)而得到固定頻率的已調(diào)波信號，接著和頻率合成器的主載波頻率信號實現(xiàn)混頻，此時輸出載波頻率符合射頻通帶要求的已調(diào)波信號，在經(jīng)過高通濾波器反饋后，利用天線將信號發(fā)射出去，此過程即為發(fā)送定頻信號的過程。時分多址是分割時間為不重疊的幀，再分割幀為不重疊的信道，和用戶一一對應(yīng)，主要利用信道對地質(zhì)不同的信號進(jìn)行區(qū)分，實現(xiàn)多址連接。結(jié)論隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化也越來越先進(jìn)，溫室大棚的誕生使得植物的生長不再受到環(huán)境變化和季節(jié)變化的影響，促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)品達(dá)到低成本、高質(zhì)量、高效率。本設(shè)計是一種基于單片機(jī)的智能溫室大棚控制系統(tǒng)，采用了AT89S51單片機(jī)為主控系統(tǒng),通過溫濕度傳感器和光敏電阻對大棚內(nèi)的溫濕度以及光照強(qiáng)度進(jìn)行檢測并且對其參數(shù)進(jìn)行自動控制，并且讓檢測到的溫濕度值和光照值顯示在LCD1602顯示屏。采集到的參數(shù)信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號需要經(jīng)過相應(yīng)的傳感器，轉(zhuǎn)變成的數(shù)字信號需要經(jīng)過單片機(jī)進(jìn)行處理分析。通過以上的設(shè)計可以對影響植物生長的環(huán)境因素進(jìn)行實地、直觀地顯示，克服了傳統(tǒng)人工不能連續(xù)測量的困難，減少人工工作量，也避免了人為的疏忽。主要參考文獻(xiàn)1盛珣華.單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].華中科技大學(xué)出版社,2014.2趙魏.單片機(jī)原理及系統(tǒng)實際[M].清華大學(xué)出版社，2009．3高慧芳.單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計[M].杭州電子科技大學(xué)，2008．4李延珩.C語言程序設(shè)計教程[M].中國鐵道出版社，2014．5王新坤,李紅.我國溫室的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].排灌機(jī)械工程學(xué)報，20106高智富,溫室環(huán)境控制技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];中國市場;2007.7張建興,盛維濤.基于單片機(jī)的溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計[J].科學(xué)與財富,2016,8(5).8孟慶海.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D]，2016.9劉亞偉.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能溫室大棚控制系統(tǒng)研究[D]，2018.10Multirateadaptivetemperaturecontrolofgreenhouses.KGArvanitis,PNParaskevopoulos,AAVemardos.ComputersandElectricalEngineering.2000．11胡國強(qiáng),陳書軍,劉強(qiáng).基于ARM11的土壤濕度自動控制系統(tǒng)設(shè)計[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué),2017(7).12AnewconceptinglasshousecomputerautomationwithSCADAandCASEtools.Meurs.Internationalsocietyforhoriticulturalscience.July.1998.致謝在完成“基于單片機(jī)的智能農(nóng)業(yè)大棚溫控系統(tǒng)設(shè)計”這個創(chuàng)業(yè)項目的過程中，我得到了太多的幫助，心中滿是感激。我要先誠摯感謝我的導(dǎo)師蘇婧楊。從項目的選題構(gòu)思，到硬件電路的設(shè)計、軟件代碼的編寫，每一個環(huán)節(jié)都離不開您的悉心指導(dǎo)。面對我提出的無數(shù)基礎(chǔ)又繁雜的問題，您總是耐心解答，用專業(yè)知識為我撥開迷霧。您嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和對細(xì)節(jié)的執(zhí)著追求，始終激勵著我不斷完善項目，是我學(xué)術(shù)道路上的引路人。我的團(tuán)隊伙伴們，你們是項目成功的中流砥柱。面對復(fù)雜的代碼邏輯，你們總能以敏銳的思維梳理得井井有條，熬夜優(yōu)化算法的日子，至今歷歷在目；在硬件選型和搭建中，憑借扎實的專業(yè)知識，保障了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。我們?yōu)榱艘粋€參數(shù)反復(fù)爭論，又為了每一次小小的進(jìn)展歡呼雀躍，攜手共進(jìn)的時光，是項目最珍貴的財富。同時，我也要感謝學(xué)校實驗室提供的設(shè)備與資源，讓創(chuàng)意得以落地；感謝行業(yè)專家在項目評估時提出的建設(shè)性意見，讓系統(tǒng)更加完善；感謝開源社區(qū)的無私分享，為我的技術(shù)難題提供了解決思路。這份成果，凝聚著大家的心血。未來，我定不負(fù)所望，繼續(xù)在智能農(nóng)業(yè)領(lǐng)域發(fā)光發(fā)熱，創(chuàng)造更多價值。附錄#include<reg51.h>//包含51單片機(jī)頭文件#include<intrins.h>//包含_nop_()函數(shù)頭文件//定義DS18B20引腳sbitDQ=P1^0;//定義繼電器控制引腳sbitRelay=P2^0;//定義串口通信相關(guān)參數(shù)#defineFOSC11059200L//晶振頻率#defineBAUD9600//波特率//函數(shù)聲明voidDelay_OneWire(unsignedintt);//單總線延時函數(shù)bitWrite_DS18B20(unsignedchardat);//向DS18B20寫入一個字節(jié)unsignedcharRead_DS18B20(void);//從DS18B20讀取一個字節(jié)voidInit_DS18B20(void);//初始化DS18B20floatGet_Temperature(void);//獲取溫度值voidUART_Init(void);//串口初始化voidUART_SendByte(unsignedchardat);//串口發(fā)送一個字節(jié)voidUART_SendString(unsignedchar*s);//串口發(fā)送字符串voidmain(){floattemperature;unsignedchartemp_str[10];UART_Init();//初始化串口while(1){temperature=Get_Temperature();//獲取當(dāng)前溫度//將溫度值轉(zhuǎn)換為字符串以便通過串口發(fā)送sprintf(temp_str,"Temp:%.2fC\n",temperature);UART_SendString(temp_str);//簡單的溫度控制邏輯，假設(shè)溫度高于30℃開啟制冷（繼電器動作），低于20℃開啟加熱if(temperature>30.0){Relay=0;//假設(shè)低電平開啟制冷設(shè)備}elseif(temperature<20.0){Relay=1;//假設(shè)高電平開啟加熱設(shè)備}else{Relay=0;//溫度適宜，關(guān)閉設(shè)備}Delay_OneWire(500);//適當(dāng)延時}}//單總線延時函數(shù)voidDelay_OneWire(unsignedintt){un