【正文】 eenhouses and prehensive analysis, bined with the productivity of rural conditions and economic development, pragmatic, enough, to achieve plete functional principle, the use of singlechip serial port expansion STC89C52 functions, to build an intelligent data acquisition platform for detecting greenhouses temperature, humidity, light intensity data, while the data on the display, and the value is set to achieve alarm and alarm functions, both to meet the needs of farmers, but also saves costs, and strive to apply this system into practice. Keywords: Vegetable greenhouses、 data acquisition、 intelligent collection 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) V 目錄 1 緒論 .............................................................. 1 本課題研究背景 ............................................... 1 國內(nèi)外現(xiàn)狀 .................................................. 1 國內(nèi)外總體發(fā)展?fàn)顩r ..................................... 1 國外現(xiàn)狀 ............................................... 2 國內(nèi)現(xiàn)狀 ............................................... 3 我國蔬菜大棚存在的問題 ................................. 4 本課題任務(wù) .................................................. 5 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 ................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 對于蔬菜大棚來說， 溫度、濕度、光照度是衡量 蔬菜 大棚的三項(xiàng)重要指標(biāo) ，它直接影響到栽培作物的生長和產(chǎn)量 ， 蔬菜 的生長都是在一定的環(huán)境中進(jìn)行的，其在生長過程中受到環(huán)境中各種因素的影響，其中對 蔬菜 生長影響最大的是環(huán)境中的溫濕度 及光照度。因此必須對環(huán)境的溫度和濕度進(jìn)行監(jiān)測和控制，使其適合 蔬菜 的生長，來提高其產(chǎn)量和質(zhì)量。 因此，研究一種 低廉、使用方便且測量準(zhǔn)確的檢測裝置 是非常有必要的，本課題就是以太原市為背景，以番茄為研究對象設(shè)計(jì)的一款智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 （ 1） 手動(dòng)控制 這是在溫室大棚技術(shù)發(fā)展初期所采取的控制手段，其時(shí)并沒有真正意義上的控制系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通過對溫室大棚 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 2 內(nèi)外的氣候狀況和對作物生長狀況的觀測，憑借長期積累的經(jīng)驗(yàn)和直覺推測及判斷，手動(dòng)調(diào)節(jié)溫室大棚內(nèi)環(huán)境。但這種控制方式的勞動(dòng)生產(chǎn)率較低，不適合工廠化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，而且對種植者的素質(zhì)要求較高。計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的溫室控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動(dòng)化，適合規(guī)?；a(chǎn)，勞動(dòng)生產(chǎn)率得到提高。目前我國絕大部分自主開發(fā)的大型現(xiàn)代化溫室 大棚及引進(jìn)的國外設(shè)備都屬于這種控制方式。溫室大棚控制技術(shù)沿著手動(dòng)、自動(dòng)、智能化控制的發(fā)展進(jìn)程，網(wǎng)站優(yōu)化向著越來越先進(jìn)、功能越來越完 備 的方向發(fā)展。 國外現(xiàn)狀 世界發(fā)達(dá)國家如荷蘭、美國、以色列等大力發(fā)展集約化的蔬菜大棚產(chǎn)業(yè)，蔬菜大棚內(nèi)溫度、光照、水、氣、肥實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)調(diào)控，從品種選擇、栽培管理到采收包裝形成了一整套完整的規(guī)范化技術(shù)體系。美國有發(fā)達(dá)的設(shè)施栽培技術(shù)，綜合環(huán)境控制技術(shù)水平非常高。以蔬菜大太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 棚為例，蔬菜大棚內(nèi)監(jiān)控項(xiàng)目包括室內(nèi)溫度、濕度、相對空氣濕度、通窗狀況、泵的工作狀況、 CO2 濃度； 大棚外監(jiān)控項(xiàng)目包括大氣溫度、太陽輻射強(qiáng)度、風(fēng)向風(fēng)速、相對濕度等。 以園藝業(yè)著稱的荷蘭從 20 世紀(jì) 80 年代以來就開始全面開發(fā)蔬菜大棚計(jì)算 機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，并不斷地開發(fā)模擬控制軟件。上位機(jī)軟件集參數(shù)設(shè)置、信息顯示、控制等功能于一體，同時(shí)還能夠很好地完成蔬菜灌溉和氣候的控制和管理。遙測技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制局域網(wǎng)已逐漸應(yīng)用于蔬菜大棚的管理與控制中。另外該網(wǎng)絡(luò)還連接有幾個(gè)通訊平臺(tái)，用戶可以在遙遠(yuǎn)的地方通過形象、直觀的圖形化界面與這種分布式的控制系統(tǒng)對話，就像在現(xiàn)場操作一樣，給人以身臨其境之 感。 蔬菜 大棚先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場信息并進(jìn)行指示、記錄和控制。目前正開發(fā)和研制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)。 國內(nèi)現(xiàn)狀 我國農(nóng)業(yè)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用開始于 20世紀(jì) 70年代， 80 年代開始應(yīng)用于蔬菜控制與管理領(lǐng)域。在此期間，中國科學(xué)院石家莊現(xiàn)代化研究所、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院上海蔬菜生理研究所等單位也都側(cè)重不同領(lǐng)域，研究蔬菜大棚設(shè)施的計(jì)算機(jī)控制與管理技術(shù)。 20 世紀(jì) 90 年代末，河北職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院的閆忠文研制了大棚溫濕度測量系統(tǒng)，能對大棚內(nèi)的溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)測量與控制。北京農(nóng)業(yè)大學(xué)研制成功“ WJG1”蔬菜大棚環(huán)境監(jiān)控計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，采用了分布式控制系統(tǒng)。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)研制的“山東省濟(jì)寧大型育苗蔬菜大棚計(jì)算機(jī)分布式控制系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)分布式控制。我國設(shè)施栽培起步晚、基礎(chǔ)差，沒有將其作為整體工程問題研究。 (2)我國現(xiàn)有的蔬菜控制系統(tǒng)仍以控制一個(gè)蔬菜為主，沒有基于蔬菜群的控制 系統(tǒng)。 (3)蔬菜測控系統(tǒng)的通信仍然采用有線方式。這些有線通信方式不僅使得蔬菜內(nèi)的信號(hào)線和動(dòng)力線錯(cuò)綜復(fù)雜，而且導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性降低，安裝維護(hù)工作量變大，同時(shí)也不利于農(nóng)業(yè)機(jī)器人等移動(dòng)設(shè)備的作業(yè)，難以達(dá)到蔬菜生產(chǎn)的“工廠化農(nóng)業(yè)”水平。我國目前的蔬菜控制系統(tǒng)中，一些上位機(jī)只限于存儲(chǔ)采集的歷史數(shù)據(jù)，沒有根據(jù)農(nóng)業(yè)專家知識(shí)的實(shí)時(shí)控太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 制管理系統(tǒng)。我國目前部分蔬菜的建筑材料主要是鋼材和玻璃。 (6)機(jī)械化水平低，調(diào)控能力差，作業(yè)主要依靠人力。 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(jì)任務(wù)。 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 6 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)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(jì)，所以必須先對蔬菜的生長進(jìn)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(jì)本系統(tǒng)前必須對三要素進(jìn)行了解，因此我對三要素進(jìn)行了初步研究，了解了他們對蔬菜生長的影響。 （ 2） 濕度影響 濕度對 蔬菜 的影響同樣不可忽視 ， 及時(shí)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(jī)鹽的運(yùn)輸 ， 保證根莖葉花等各個(gè)器官順利生長 ， 作用十分重要 。 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(huì)對作物起著不同程度的影響 。 番茄的生長習(xí)性及特點(diǎn) 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。溫度降至 10℃時(shí)，植株停止生長，長時(shí)間 5℃以下的低溫能引起低溫危害。 不同生育時(shí)期對溫度的要求及反應(yīng)是有差別的。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。 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(shí)正常轉(zhuǎn)色。上下限分別為 35℃ 和 15℃ 。 番茄不同生育期對光照的要求不同。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?duì)I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(shí)發(fā)育。結(jié)果期在強(qiáng)光下坐果多，單果大，產(chǎn)量高。 所以可得結(jié)論番茄最適生長光照度為 20200lx～ 52020lx。 （ 3） 對 濕度 的要求 番茄地上部莖葉繁茂，蒸騰作用比較強(qiáng)烈，但番茄根系比較發(fā)達(dá)，吸水力較強(qiáng)，對水分的要求屬于半耐旱蔬菜。 番茄第一花序開花結(jié)實(shí)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。此時(shí)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 ?？梢?，對番茄而已，最適宜濕度為 45%～ 55%之間。 本系統(tǒng)功能簡介 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì)的，大棚規(guī)格為 667 ㎡，每個(gè)大棚內(nèi)放置 5 個(gè)本設(shè)計(jì)成品，根據(jù)番茄的生長需要，每個(gè)成品都要能實(shí)現(xiàn)以下功能： （ 1）能在番茄最適生長環(huán)境范圍內(nèi)工作。 （ 3）實(shí)現(xiàn) 采集到的溫濕度、光照的進(jìn)行顯示。 （ 4） 實(shí)現(xiàn)對報(bào)警上下限值的設(shè)置功能 。 溫濕度傳感器分類 根據(jù)輸出信號(hào)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(hào)的傳感器，他們的輸出信號(hào)是微弱的電信號(hào)，在一些溫濕度范圍內(nèi)線性不好，需要進(jìn)行各種補(bǔ)償，還有熱慣性大，響應(yīng)時(shí)間慢。該類傳感器適用于 通訊機(jī)房、辦公室、倉庫、醫(yī)院、檔案館良好環(huán)境的溫濕度測量 。 LM5 MAX6501MAX650MAX6509/6510 是其典型代表。 （ 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(hào)直接就是數(shù)字信號(hào)，他的特點(diǎn)是：無需Ａ /Ｄ轉(zhuǎn)換，坑干擾能力強(qiáng)，無需外部放大電路，外圍電路簡單。 根據(jù)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)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。 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。 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 10 圖 BHTII實(shí)物圖 （ 2） 產(chǎn)品亮點(diǎn) 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(qiáng)、超長的信號(hào)傳輸距離、數(shù)字信號(hào)輸出、精確校準(zhǔn)。 5%RH ③溫度測量范圍： 050℃ ④溫度測量精度：177。 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。 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)?、電子玩具、光控開關(guān)。該類傳感器在使用中無需設(shè)計(jì) 復(fù)雜的外部電路，使用方便。該類傳感器廣泛應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、辦公等領(lǐng)域。利用它的高分辨率可以探測較大范圍的光強(qiáng)度變化。 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)。 50Hz/60Hz 除光噪音功能實(shí)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）。 。 177。 。（ Photo diode with approximately human eye response.） ② AMP 集成運(yùn)算放大器：將 PD 電流轉(zhuǎn)換為 PD 電壓。 ④ OSC 內(nèi)部振蕩器（時(shí)鐘頻率典型值： 320kHz）。 （ 6） 測量程序步驟 BH1750fvi 的測量程序步驟如下圖所示：