【文章內(nèi)容簡介】 5 制管理系統(tǒng)。 (5) 設(shè)施水平低，抵御自然災(zāi)害的 能力差。我國目前部分蔬菜的建筑材料主要是鋼材和玻璃。但沒有形成國家統(tǒng)一的標準和工廠系列的產(chǎn)品，且應(yīng)用率僅占設(shè)施栽培面積的 10％，而絕大部分由農(nóng)民自行建造的塑料日光蔬菜也只能 起到一定的保溫作用，根本不能實現(xiàn)對溫度、濕度、光照等環(huán)境因子的調(diào)控。 (6)機械化水平低，調(diào)控能力差，作業(yè)主要依靠人力。生產(chǎn)管理主要靠經(jīng)驗和單因子定性調(diào)控。 本課題任務(wù) 針對我國蔬菜大棚存在的問題，通過調(diào)查分析，確定了設(shè)計任務(wù)。本系統(tǒng)要能對 溫濕度、光照度進行實時 采集 ， 采集 到的數(shù)據(jù)傳入 單片機中， 通過單片機對采集到的數(shù)據(jù)進行處理 ， 處理過的數(shù)據(jù)通過單片機接口送達 顯示模塊 顯示 ，當(dāng)數(shù)據(jù)超出系統(tǒng)設(shè)定的報警值時，系統(tǒng)會進行報警，要能通過按鍵調(diào)整 報警 上限值。 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計 6 2 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 本課題研究的是蔬菜大棚智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計，所以必須先對蔬菜的生長進行了解，眾所周知，蔬菜的生長三要素是溫度、濕度、光照度，在設(shè)計本系統(tǒng)前必須對三要素進行了解，因此我對三要素進行了初步研究，了解了他們對蔬菜生長的影響。 （ 1） 光照與溫度 對蔬菜 的影響 光照和溫度對作物的的影響最大 ， 在光照的條件下 ，蔬菜 體才能把 二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成有機物和氧 ， 同時將光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能 在大棚生產(chǎn)的過程中 ， 光照和溫度缺一不可 ， 溫度的控制至關(guān)重要 ， 低溫和高溫都會帶來負面影響 持續(xù)的低溫很不利于 蔬菜 的生長和發(fā)育 ， 它會降低光合作用的速度 ， 使礦物質(zhì)的吸收遲緩 ， 使得 蔬菜 的器官代謝活動收到抑制 ， 導(dǎo)致生長發(fā)育緩慢 ， 甚至在葉面上出現(xiàn)壞死現(xiàn)象 ， 所以大多數(shù) 蔬菜 都有一個臨界溫度 ， 如果低于這個溫度 ，蔬菜 就會受到損壞 同理 ， 溫度過高同樣對溫度有著致命的影響 ， 特別是在開花的時候 在高溫的驅(qū)使下 ，蔬菜 的光合作用減弱 ， 呼吸作用增強 ， 過分的高溫使得蔬菜 的兩個過程產(chǎn)生嚴重 紊亂 ， 使得 蔬菜 的生長速度加快 ， 增加了體內(nèi)蛋白質(zhì)的凝聚水平 ， 長時間的高溫亦可加速 蔬菜 的死亡。 （ 2） 濕度影響 濕度對 蔬菜 的影響同樣不可忽視 ， 及時的給 蔬菜 的體內(nèi)供應(yīng)更多的養(yǎng)分 ，加快 蔬菜 體內(nèi)水分和無機鹽的運輸 ， 保證根莖葉花等各個器官順利生長 ， 作用十分重要 。 蒸騰作用的目的就是通過把水分從 蔬菜 的葉子中蒸發(fā)出來 ， 蒸騰在蒸騰的過程中 ， 能增加空氣的濕度 ， 所以植被繁茂的地方一般來說對氣候和空氣起著積極的調(diào)節(jié)作用 ， 但是反過來 ， 空氣的濕度同樣影響著 蔬菜 蒸騰作用是否能順利進行 ， 濕度過高 ， 使得蒸騰作用減弱 ，蔬菜 體內(nèi)養(yǎng)分供給不 足 ，蔬菜體會變得發(fā)黃脆弱 ， 缺乏營養(yǎng) 。 同理 ， 蒸騰作用越大 ， 使得作物的水分和礦物質(zhì)蒸發(fā)過快 ，蔬菜 易出現(xiàn)萎蔫現(xiàn)象 ， 不僅如此 ， 光、溫度、風(fēng)、 C02 濃度同樣會對作物起著不同程度的影響 。 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 7 系統(tǒng)性能分析 該系統(tǒng) 是以太原為地理背景，以番茄的生長環(huán)境為設(shè)計背景來設(shè)計的一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ,所以系統(tǒng)的性能必須符合番茄的生長習(xí)性。 番茄的生長習(xí)性及特點 番茄，別名西紅柿、洋柿子、柿子、番柿，起源于南美洲的安第斯山的秘魯、厄瓜多爾、玻利維亞等地。 （ 1） 對溫度的要求 番茄是喜溫性蔬菜，在正常條件下，同化作 用最適宜的溫度為 20～ 25℃，溫度低于 15℃，不能開花或授粉受精不良，導(dǎo)致落花等生殖生長障礙。溫度降至 10℃時，植株停止生長，長時間 5℃以下的低溫能引起低溫危害。溫度上升到 30℃時，同化作用顯著降低，升高至 35℃以上時，生殖生長受到干擾與破壞，即使是短時間的 35℃的高溫，也會產(chǎn)生生理性干擾，導(dǎo)致落花落果或果實不發(fā)育。 不同生育時期對溫度的要求及反應(yīng)是有差別的。種子發(fā)芽的適宜溫度為25～ 30℃，最低 12℃。幼苗期的適宜溫度為 20～ 25℃，開花期對溫度比較敏感，白天適溫為 20～ 30℃，過低（ 15℃以下）或過高（ 35℃以上）都不利于花器官的正常發(fā)育。結(jié)果期適溫為 25～ 28℃，溫度低，果實生長速度慢，日溫增高到30～ 35℃時，果實生長速度較快，但著果少，夜溫過高不利于營養(yǎng)物質(zhì)積累，果實發(fā)育不良。 26～ 28℃以上的高溫能抑制番茄茄紅素及其它色素的形成，影響果實正常轉(zhuǎn)色。 由此可得結(jié)論：番茄最是生長溫度為 20～ 30℃ 。上下限分別為 35℃ 和 15℃ 。 （ 2） 對光照的要求 番茄是喜光性作物，在一定范圍內(nèi)，光照越強，光合作用越旺盛。 番茄不同生育期對光照的要求不同。發(fā)芽期不需要光照，有光反而抑制種子發(fā) 芽，降低種子的發(fā)芽率，延長種子發(fā)芽時間。幼苗期既是營養(yǎng)生長期，又是花芽分化和發(fā)育期， 光照應(yīng)保持在 20200lx～ 52020lx 之間， 光照不足，光合作用降低，植株營養(yǎng)生長不良，將使花芽分化延遲，著花節(jié)位上升，花數(shù)減少，花的素質(zhì)下降，子房變小，心室數(shù)減少，影響果實發(fā)育。開花期光照不足，容易落花落果。結(jié)果期在強光下坐果多，單果大，產(chǎn)量高。反之在弱光下坐果率 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計 8 降低，單果重下降，產(chǎn)量低，還容易產(chǎn)生空洞果和筋腐果。 所以可得結(jié)論番茄最適生長光照度為 20200lx～ 52020lx。上、下限值分別為 55000lx 和 2020lx。 （ 3） 對 濕度 的要求 番茄地上部莖葉繁茂，蒸騰作用比較強烈，但番茄根系比較發(fā)達，吸水力較強，對水分的要求屬于半耐旱蔬菜。不同生長時期對水分需求不同。 番茄第一花序開花結(jié)實期，為使開花整齊，不落花，確保前期的產(chǎn)量，要控制植株的營養(yǎng)生長，調(diào)節(jié)好秧與果之間的關(guān)系。一方面要降低棚溫，白天棚溫保持在 20～25℃，夜間 13～ 15℃較為適宜。此時空氣相對濕度控制在 45％～ 55％，盛果期大棚內(nèi)空氣濕度保持在 45％～ 55％最適宜，棚內(nèi)濕度過大，易發(fā)生各種病害，尤其在每次澆水后或陰雨天，必須加大通風(fēng)量，以降低棚內(nèi)濕度 。當(dāng)外界夜溫不低于 15℃時，可晝夜通風(fēng)，棚溫過高還會使番茄紅素氧化分解，影響果實著色 ?？梢姡瑢Ψ讯?，最適宜濕度為 45%～ 55%之間。上、下限值分別為 %32～65%。 本系統(tǒng)功能簡介 本系統(tǒng)的設(shè)計是以符合番茄的生長習(xí)性為原則，針對小型蔬菜大棚而設(shè)計的，大棚規(guī)格為 667 ㎡，每個大棚內(nèi)放置 5 個本設(shè)計成品，根據(jù)番茄的生長需要，每個成品都要能實現(xiàn)以下功能： （ 1）能在番茄最適生長環(huán)境范圍內(nèi)工作。 （ 2）實現(xiàn) 蔬菜大棚內(nèi)溫濕度、光照度的采集。 （ 3）實現(xiàn) 采集到的溫濕度、光照的進行顯示。 （ 4） 實現(xiàn)報警功能 。 （ 4） 實現(xiàn)對報警上下限值的設(shè)置功能 。 溫濕度 傳感器的選擇 溫濕度傳感器介紹 溫濕度傳感器就是能夠感知和測量環(huán)境中某點溫度和濕度的一種敏感元器件，它將環(huán)境中的溫度、濕度或者與其相關(guān)的參量的信息轉(zhuǎn)換成電信號，根據(jù)這些電信號的強弱便可獲得被監(jiān)測點在環(huán)境中的溫度、濕度信息從而可以進行太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 9 檢測、監(jiān)控、報警；還可以通過接口電路與計算機組成自動檢測、監(jiān)控、報警系統(tǒng)。 溫濕度傳感器分類 根據(jù)輸出信號的模式 ，溫濕度 傳感器可以分為以下三類： （ 1）模擬 輸出型溫濕度 傳感器 該類型傳感器是 輸出 模擬信號的傳感器，他們的輸出信號是微弱的電信號，在一些溫濕度范圍內(nèi)線性不好，需要進行各種補償，還有熱慣性大，響應(yīng)時間慢。 例如：模擬型溫濕度傳感器 HTG3515CH 以及 JWSL3 系列溫濕度傳感器。該類傳感器適用于 通訊機房、辦公室、倉庫、醫(yī)院、檔案館良好環(huán)境的溫濕度測量 。 （ 2）邏輯輸出型 溫濕度 傳感器 邏輯輸出型 溫濕度 傳感器判斷溫度、濕度是否超出了一個設(shè)定范圍，一旦溫濕度超出所規(guī)定的范圍，則發(fā)出報警信號 。 LM5 MAX6501MAX650MAX6509/6510 是其典型代表。 該類傳感器主要應(yīng)用在 并不需要嚴格測量溫度值，只關(guān)心溫度是否超出了一個設(shè)定范圍， 的測很難場合。 （ 3）數(shù)字 輸出型 溫 濕度傳感器 數(shù)字 輸出型溫濕度 傳感器輸出的信號直接就是數(shù)字信號，他的特點是：無需Ａ /Ｄ轉(zhuǎn)換，坑干擾能力強，無需外部放大電路，外圍電路簡單。 例如： DHT1HTG383X 系列、 SHTII 等，該類溫濕度傳感器應(yīng)用范圍較廣， 車行業(yè)、樓宇控制 、暖通空調(diào)、電力機房、 農(nóng)業(yè) 、 工業(yè)、 醫(yī)藥業(yè) 等領(lǐng)域。 根據(jù)本系統(tǒng)設(shè)計綜合考慮，本課題采用數(shù)字輸出型溫濕度傳感器 DHT11 采集溫濕度。 數(shù)字型溫濕度傳感器 DHT11 簡介 (1） 產(chǎn)品概述 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。 它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個 NTC 測溫元件并與一個高性能 8 位單片機相連接。 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計 10 圖 BHTII實物圖 （ 2） 產(chǎn)品亮點 成本低、長期穩(wěn)定、相對濕度和溫度測量、品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、超長的信號傳輸距離、數(shù)字信號輸出、精確校準。 （ 3） 外形尺寸 （ 單位： mm） 圖 BHT11外形尺寸 （ 4） 產(chǎn)品特性： ①濕度測量范圍： 2090%RH ②濕度測量精度：177。 5%RH ③溫度測量范圍： 050℃ ④溫度測量精度：177。 2℃ ⑤工作電壓： DC5V/ ⑥數(shù)字信號輸出 ⑦數(shù)據(jù)端口帶上拉電阻 ⑧帶 3mm 固定螺絲孔，方便安裝 光照傳感器選擇 光照傳感器介紹 光照傳感器就是能夠感知和測量環(huán)境中某點光照強度的一種敏感元器件，它將環(huán)境中的光照或者與其相關(guān)的參量的信息轉(zhuǎn)換成電信號，根據(jù)這些電信號太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 11 的強弱便可獲得被監(jiān)測點在環(huán)境中的光照度信息從而可以進行檢測、監(jiān)控、報警；還可以通過接口電路與計算機組成自動檢測、監(jiān)控、報 警系統(tǒng)。 光照傳感器分類 從硬件方面分類光照傳感器分為光敏電阻和集成光照傳感器兩種。 （ 1） 光敏電阻 光敏電阻就是在遇到光照時電阻變化，通常是遇光時電阻變小，當(dāng)有光照時，由于電阻的改變會使輸出端電壓 /電流 也發(fā)生改變，從而可以輸出信號去控制電路。 例如： 5mm 光敏電阻 CDS 光電開關(guān) 551 552 553 553 5549 等，該類原件一般應(yīng)用在光控音樂、光控?zé)簟㈦娮油婢?、光控開關(guān)。 （ 2） 集成光照傳感器 集成光照傳感器可以根據(jù)光線強度來調(diào)整亮度，分辨率較高，測量范圍大。該類傳感器在使用中無需設(shè)計 復(fù)雜的外部電路，使用方便。例如： BH1750fvi數(shù)字輸出型光照傳感器、 (AJL4) PO188 SMD 可見光照度傳感器 。該類傳感器廣泛應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、辦公等領(lǐng)域。 光照傳感器 BH1750fvi 簡介 （ 1）產(chǎn)品介紹 BH1750fvi 是一種用于兩線式串行總線接口的數(shù)字型光強度傳感器集成電路。利用它的高分辨率可以探測較大范圍的光強度變化。 圖 BH1750fvi實物圖 （ 2）產(chǎn)品特點 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計 12 IC BUS 接口 (f/s Mode Support)。 2. 接近視覺 靈敏度的光譜靈敏度特性 (峰值靈敏度波長典型值 :560nm)。 。 (相當(dāng)于 165535lx)。 ， 實現(xiàn)低電流化。 50Hz/60Hz 除光噪音功能實現(xiàn)穩(wěn)定的測定 邏輯輸入接口。 。 （白熾燈，熒光燈，鹵素?zé)?，白?LED，日光燈）。 IIC slave 地址。 。 lx 到 100000 lx 馬克斯 /分鐘的范圍。 177