【正文】 uation of the crops. Key words:Vegetable greenhouse。 用戶根據(jù)需要預(yù)先輸入預(yù)設(shè)值， 當(dāng)實(shí)際測(cè)量的溫濕度和光照強(qiáng)度不符合預(yù)設(shè)的溫濕度和光照強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并通過 加熱電路控制加熱絲 加熱 提 高溫度，轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)扇降低溫度，控制抽水電機(jī)調(diào)節(jié)濕度，控制 LED 調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度，為大棚提供適合的生長環(huán)境。 南 陽 理 工 學(xué) 院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 學(xué) 院 ： 電子與電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 學(xué) 生： 趙中源 指導(dǎo)教師： 曹 原 完成日期 2021 年 5 月 南陽理工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 智能大棚管理系統(tǒng) 設(shè)計(jì) Design of Intelligent Greenhouse Management System 總 計(jì)： 66 頁 表 格： 4 個(gè) 插 圖： 35 幅 南 陽 理 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文） 智能大棚 管理系統(tǒng) 設(shè)計(jì) Design of Intelligent Greenhouse Management System 學(xué) 院： 電子與電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 學(xué) 生 姓 名： 趙中源 學(xué) 號(hào)： 1109635002 指 導(dǎo) 教 師（職稱）： 曹 原 （ 講師 ） 評(píng) 閱 教 師： 完 成 日 期： 南陽理工學(xué)院 Nanyang Institute of Technology 智能大棚管理系統(tǒng) I 智能大棚管理系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 電子信息工程專業(yè) 趙中源 [摘 要 ] 本系統(tǒng)以 AT89C52 為核心，通過溫度傳感器 DS18溫濕度傳感器DHT1土壤濕度傳感器 、光照強(qiáng)度傳感器 BH1750FVID 分別采集溫室大棚內(nèi)的溫度、空氣濕度、土壤濕度、光照強(qiáng)度 。由諾基亞 5110 液晶 來實(shí)時(shí)顯示各傳感器采集到的 數(shù)據(jù) 。 從而提高農(nóng)作物生產(chǎn)效率 改善作物生長條件 。temperature control system。humidity control system。而且智能 化的產(chǎn)品工作的效率和質(zhì)量都相對(duì)比人工要高，在當(dāng)今這個(gè)社會(huì)中，科技的創(chuàng)新正以飛快的速度向前發(fā)展。 現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)中保證農(nóng)作物生長環(huán)境最總要的一環(huán)就是檢測(cè)農(nóng)作物生長環(huán)境的一些重要因素。 在當(dāng)代 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大的作用 是 以 智能大棚 蔬菜 管理 系統(tǒng)。 大棚內(nèi)的溫度、濕度 、 與二氧化碳含量 和土壤汗水量 等參數(shù)，直接關(guān)系到蔬菜和水果的生長。因此，科學(xué)合理地調(diào)節(jié)大棚內(nèi)溫度、濕度以及二氧化碳的含量是大棚蔬菜 控制系統(tǒng)自動(dòng)化 發(fā)展 和農(nóng)業(yè)發(fā)展的 必 要 。 當(dāng) 前，隨著 反季節(jié) 蔬菜大棚的迅速增多 ，怎么提高其 農(nóng)作物 產(chǎn)量變成了人們所關(guān)注的問題 ，人們對(duì) 大棚的 性能要求 變的 越來越高，特別是為了提高生產(chǎn)效率 減少人力 資源投 入 ，對(duì)大棚的自動(dòng)化程度要求也 變的 越來越高。 本文提出了一種以 MCS51 系列的 AT89C51 單片機(jī)為控制核心的 環(huán)境檢測(cè)的 測(cè)控系統(tǒng) ，主要是為了對(duì) 溫室 大棚內(nèi)溫 濕度 度、 光照強(qiáng)度、土壤 濕度進(jìn)行可靠地檢測(cè)與控制而設(shè)計(jì)的。 世界發(fā)達(dá)國家如荷蘭、美國、等大力發(fā)展集約化的溫室產(chǎn)業(yè) 。從品種選擇、 自動(dòng) 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) 。 計(jì)算機(jī)控制環(huán)境 主要用來對(duì)溫室環(huán)境 (栽培環(huán)境 和 氣象環(huán)境 )進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。 從 20 世紀(jì) 80 年代以來以園藝業(yè) 而文明的 的荷蘭 就開始 了 全面 發(fā)展 溫室計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng) ； 并不 間斷 地開發(fā)模擬控制 形 軟件。 由 荷蘭開發(fā)的 智能 溫室計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 采用 計(jì)算機(jī) 進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和必要的信息顯示 。溫室計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)還 能 從數(shù)據(jù)庫內(nèi)調(diào)出 相應(yīng) 的時(shí)間段內(nèi) 的特定 參數(shù) ， 方便于 于必要的 重要 數(shù)據(jù)查詢 。 上位機(jī) 軟件 可進(jìn) 行 數(shù) 值 設(shè)置、 信號(hào)信息的 顯示、 以及 控制 外設(shè) 等功能 .同時(shí)還能夠很好地完成溫室灌溉和 環(huán)境因素 的控制和管理。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、 遙測(cè)技術(shù) 和 控制局域網(wǎng)等 技術(shù) 開始 逐漸應(yīng)用于溫室 系統(tǒng) 的 監(jiān)控 、管理 和 控制中。 此外 外該網(wǎng)絡(luò)還連接有 多 個(gè)通訊平臺(tái) 。 通過智 能大棚管理系統(tǒng)我們可以提高生產(chǎn)效率，騰出更多的時(shí)間做更多的事情，國外起得了不錯(cuò)的成績。 21世紀(jì) 以來 ，中國 的 農(nóng)業(yè)科學(xué) 研究 院 、 農(nóng)業(yè)氣象所和作物花卉研究所 。它 能對(duì) 施肥 系統(tǒng)、溫度、光照、 CO2 、施肥等進(jìn)行綜合控制 。在 這個(gè) 期間， 云南大 學(xué) 、 中國科學(xué) 研究所、 石家莊現(xiàn)代化研究 院 、上海植物研究所等單位也都側(cè)重不同領(lǐng)域 的 不同方面 ，研究溫室 大棚 設(shè)施的計(jì)算機(jī) 監(jiān)控 與管理技術(shù)。 并且在 這個(gè) 項(xiàng)目中加大了 單片機(jī) 研究的力度 。 需溫室管理者與溫室控制系統(tǒng)的相互結(jié)合達(dá)到集成一體的人機(jī)智能系統(tǒng)，是未來溫室控制系統(tǒng)的發(fā)展方向 [3]。此系統(tǒng) 能對(duì)大棚內(nèi)的溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量與控制。還能 縮短生長期、減小人工操作的盲目性。 河北 省農(nóng)科院 植物研究中心和河北省自動(dòng)控制中心合作 研制 出 了 “Cu—I 型智能化溫室自動(dòng) 檢查 控制系統(tǒng) ”。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)研制的 “河南省 大型育苗溫室計(jì)算機(jī) 單步 式控制系統(tǒng) ”，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī) 單步 控制 .。 主要研究工作與論文內(nèi)容安排 本文以 AT 的 AT89C52 單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一套以單片機(jī)為核心的 大棚 控制系統(tǒng)，主要由單片機(jī)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電路、 傳感器 及液晶顯示、指示燈以及報(bào)警電 路、驅(qū)動(dòng)電路、響應(yīng)電路 等組成 ， 均由單片機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)液晶顯示。 第二部分介紹了系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì) 以及主控芯片 。 第三部分介紹了 系統(tǒng)的各個(gè)模塊 設(shè)計(jì)，闡述了 18b dht11 等 基本理論，詳細(xì)介紹了 各個(gè) 部分的實(shí)線方法以及 模塊的特點(diǎn)和用法。 第五部 分 介紹了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，主要是應(yīng)用 Keil 平臺(tái)進(jìn)行的軟件設(shè)計(jì)。 2 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)簡(jiǎn)介 智能大棚栽培管系統(tǒng)包括三個(gè)部分：主控芯 AT89C52，環(huán)境監(jiān)控部分 各種傳感器，環(huán)境調(diào)節(jié)部分 各種外設(shè)。 系統(tǒng)簡(jiǎn)介圖如圖 1 所示。本設(shè)計(jì)大致與上述組件相同。系統(tǒng)的 系統(tǒng) 框 圖如圖 2 所示 ,原理圖如圖 3 所示。 開始 時(shí)時(shí)顯示的 方式檢測(cè)溫濕度傳感器的溫濕度狀態(tài)，光照強(qiáng)度，并將相應(yīng)的數(shù)值通過顯示器 顯示輸出。 系統(tǒng)組成 智能大棚管理系統(tǒng)由單片機(jī)電源電路、溫度傳感器 DS18B濕度傳感器 DHT1土壤濕度傳感器模塊、光敏 BH1750FVI 模塊、電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、諾基亞 5110 液晶顯示和主控芯片（ AT89C52）組成。 （ 2） 數(shù)據(jù)通訊轉(zhuǎn)換器：負(fù)責(zé)溫濕度數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)的信號(hào)轉(zhuǎn)換，復(fù)位等。 （ 4） 控制部分（即溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)）：執(zhí)行指令，由各直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電機(jī)完成。它 能 完成 多任務(wù)、多通道的檢測(cè)和輸出。測(cè)量系統(tǒng)可由前端測(cè)量用的傳感器類型的基礎(chǔ)上修改為其他非電量參數(shù)進(jìn)行控制。 濕度檢測(cè)系統(tǒng)采用 DHT11 濕度傳感器 來完成 。系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)上考慮了可擴(kuò)展性 ,經(jīng)過一定的添加或改造 ,就能 增加功能。當(dāng)系統(tǒng)報(bào)警時(shí)單片機(jī) 可向 外設(shè)發(fā)出 處理 ，控制 散熱 風(fēng)機(jī)、 加熱電路、抽水 水泵、等設(shè)備進(jìn)行降溫 、加溫 除濕 、加濕、遮光和 補(bǔ)光等動(dòng)作 。 單片機(jī) 也可以通過 相應(yīng)的 指令來啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè) 系統(tǒng) 的聲光報(bào)警裝置，通知大棚管理人員采取措施 以 確保大棚內(nèi) 作物 的 生長環(huán)境 。 MCS– 51 單片機(jī)是在一個(gè)有限的芯片上集成控制應(yīng)用所必須的單元。它 與通用的微處理器基本 完全 相同，同樣 也 包括了運(yùn)算器和控制器兩大部分 。 比 如 :位處理、查表、狀態(tài)檢測(cè)、中斷處理等。 ? 程序存儲(chǔ)器 ( ROMlEPROM) 8051 為 4K 字節(jié) ROM。 ? 中斷系統(tǒng) 具有 5 個(gè)中斷源， 2 級(jí)中斷優(yōu)先權(quán)。在單片機(jī)的應(yīng)用中，往往需要精確的定時(shí)，或?qū)ν獠渴录M(jìn)行計(jì)數(shù) ?？捎脕磉M(jìn)行串行通訊，擴(kuò)展并 I/ O 口，甚至 還 與多個(gè)單片機(jī)相連 來 構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng) 。 ? P1 口、 P2 口、 P3 口、 P4 口為 4 個(gè)并行 8 位 IO 口。 共有 21 個(gè)，用于對(duì)片內(nèi)各功能部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。 （ 2） 本系統(tǒng)主控芯片 51 單片機(jī)的結(jié)構(gòu) MCS 51 單片機(jī)存儲(chǔ)器采用的是哈佛 (Har vard) 結(jié)構(gòu) 。 程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器各有自己的尋址方式和控制系統(tǒng)。在 805118751 單 片機(jī)中，在片內(nèi)集成了一定容量的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及眾多的特殊功能寄存器 。 MCS 51 的存儲(chǔ)器空間可劃分為如下 5 類 : ? 程序存儲(chǔ)器 單片機(jī)系統(tǒng)能夠按照一定的 順序 進(jìn)行工作 。程序?qū)嶋H上是一串二進(jìn)制碼，程序存儲(chǔ)器可以分為片內(nèi)和片外兩部分。 智能大棚管理系統(tǒng) 8 ? 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 MCS 51 單片機(jī)內(nèi)部有 128 個(gè)字 節(jié)的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 RAM ； 作為用戶的數(shù)據(jù)寄存器，它能滿足大多數(shù)控制型應(yīng)用場(chǎng)合的需要 ； 用作處理問題的數(shù)據(jù)緩沖器。例如，前面提到的 PSW 程序狀態(tài)字寄存器，就是一個(gè)特殊功能寄存器。 SFR 綜合的、實(shí)際的反映了整個(gè)單片機(jī)基本系統(tǒng)內(nèi)部的工作狀態(tài)及工作方式。 ? 位地址空間 MCS 51 單片機(jī)的一個(gè)很大優(yōu)點(diǎn)在于它具有一個(gè)功能很強(qiáng)的位處理機(jī)。在 MCS 51 單片機(jī)內(nèi) 部一 共 具 有 211 個(gè)可尋址位 。 MCS 51 單片機(jī)給用戶提供了可尋址 64K 字節(jié)的外擴(kuò) RAM 的能力，至于擴(kuò)多少 RAM ，則根據(jù)用戶實(shí)際需要來定。 時(shí)鐘 電路 圖 如圖 5 所示 。 圖 5 時(shí)鐘電路圖 ? 控制器 控制器是單片機(jī)的指揮控制部件 。 從而保證單片機(jī)各部分能自動(dòng)而協(xié)調(diào)地工作?？刂破髦饕ǔ绦蛴?jì)數(shù)器、程序地址寄存器 、指令寄存器 IR 等。 智能大棚管理系統(tǒng) 9 ? 程序計(jì)數(shù)器 PC{Pro 伊 m Counter) 程序計(jì)數(shù)器 PC 是控制部件中最基本的寄存器 。 然后程序存儲(chǔ)器按此地址輸出指令字節(jié)。 讀完本條指令 ； PC 指向下一條指令在程序存儲(chǔ)器中的地址。 在執(zhí)行調(diào)用子程序指令或響應(yīng)中斷時(shí)，單片機(jī)自動(dòng)完成如下的 操作 : PC 的現(xiàn)行值，即下一條將要執(zhí)行的指令的地址，即斷點(diǎn)值，自動(dòng)送人堆攏。子程序或中斷子程序執(zhí)行完畢，遇到返回指令 R 或 RETI 時(shí)，將樓頂?shù)臄帱c(diǎn)值彈到程序計(jì)數(shù)器 PC 中，程序的流程又返回到原來的地方，繼續(xù)執(zhí)行。 其主要 過程是通過溫度傳感器器將溫度采集出來，由單片機(jī)判斷，當(dāng)溫度低于鍵盤所設(shè)定的溫度時(shí)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)繼電器從而控制風(fēng)扇旋旋轉(zhuǎn)來降溫，當(dāng)溫度低于鍵盤所設(shè)溫度時(shí)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)繼電器從而控制加熱絲加熱。 圖 6 溫度部分實(shí)驗(yàn)框圖 繼電器 風(fēng)扇 加熱絲 溫傳感器 鍵盤 主控芯片 AT89C52 顯示器 智能大棚管理系統(tǒng) 10 測(cè)溫方案的選擇 方案一： 熱敏電阻。 再把熱敏電阻電壓 模擬量轉(zhuǎn)化為 數(shù)字量 ，然后通過軟件方法 通過特定公示 計(jì)算得到溫度 數(shù)值 值，再進(jìn)行顯示 等 處理。故 穩(wěn)定性和互換性 相比 較差 。線性化處理 盡管可以解決 熱敏電阻的特性曲線 的問題 ，但比較復(fù)雜 困難 。 DS18B20 與單片機(jī) 只有一根線連接 ，它只定義了一根信號(hào)線 。 相當(dāng)于把單片機(jī)的地址 總 線、數(shù)據(jù) 總 線、控制 總 線、合為一根信號(hào)線對(duì)外進(jìn)行數(shù)據(jù) 處理和 交換 。 綜合上述，為了 設(shè)計(jì)方便從 簡(jiǎn)化電路，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠， 自動(dòng)測(cè)量 等方面考慮 ， 我們 采用方案 二。 圖 7 DS18B20接口圖 溫度傳感器的 使用 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器 這 四部分組成 。 圖 8 DS18B20 管腳排列圖 智能大棚管理系統(tǒng) 11 （ 1） DS1820 使用中注意事項(xiàng) 在用 DS1820進(jìn)行長距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。這一點(diǎn)在進(jìn)行 DS1820 硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。就是 在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸 。 溫度檢測(cè) 控制 部分的 組成 和實(shí)現(xiàn)