《基于單片機(jī)的智能溫室大棚設(shè)計(jì)》10000字

基于單片機(jī)的智能溫室大棚設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-2"\h\u4409引言 126655第1章緒論 2150851.1研究背景及其意義 219731.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題 2119591.3研究?jī)?nèi)容 3150631.4本章小結(jié) 322387第2章智能溫室大棚的原理設(shè)計(jì) 3126332.1影響大棚種植的環(huán)境因素 4318512.2系統(tǒng)的工作原理 564232.3本章小結(jié) 728891第3章系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 8107313.1硬件電路整體設(shè)計(jì) 883433.2最小系統(tǒng)組成 8282053.3功能模塊電路組成 9274003.4本章小結(jié) 155203第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 1517444.1主程序流程設(shè)計(jì) 15149544.2液晶顯示程序設(shè)計(jì) 17153234.3溫度程序設(shè)計(jì) 17272624.4本章小結(jié) 1828325第5章系統(tǒng)功能測(cè)試與結(jié)果分析 19305125.1整體功能測(cè)試 1938335.2測(cè)試結(jié)果分析 2287155.3本章小結(jié) 2319841結(jié)論 24引言在改革開放的前提下，中國人民的生活質(zhì)量越來越好，因此，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量需求也越來越嚴(yán)格，所以，農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展與提升是必然的。由于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)會(huì)被季節(jié)左右，因此種植效率低，產(chǎn)品種類單一，溫室大棚的出現(xiàn)改變了這種情況，并且它成為了目前農(nóng)業(yè)發(fā)展最重要的一部分。目前我們吃的很多水果、蔬菜都是大棚種植的產(chǎn)物，大棚種植高效，避免了種植過程中的不必要因素，由于農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模在不斷的增大，人工大棚種植也就出現(xiàn)了弊端，所以研究出智能溫室大棚對(duì)于農(nóng)業(yè)種植技術(shù)水平有更高的提升。在我國當(dāng)今的農(nóng)村，構(gòu)造的普遍都是一些極簡(jiǎn)單的溫室大棚，沒有科技的支撐，但是原材料低成本使它受眾很廣。這種溫室雖然造價(jià)低，但其溫度、濕度、光照控制和管理方法、生產(chǎn)效率等方面也很差。這種低端溫室在日常管理中要消耗大量的人力物力，生產(chǎn)效率也很低，處于落后環(huán)節(jié)，完全不符合當(dāng)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。智能溫室的設(shè)計(jì)符合農(nóng)業(yè)的要求，它可以節(jié)約人力，只需要設(shè)置好固定的閾值，就可以對(duì)植物的生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行全程監(jiān)控，從而大大的提高生產(chǎn)效率。同時(shí)，智能溫室大棚的基本建設(shè)能夠?qū)ξ覈纳a(chǎn)、產(chǎn)品、品種結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，從而提高居民收入。大棚種植植物會(huì)由于對(duì)土壤水分，室內(nèi)溫度以及光照強(qiáng)度的自動(dòng)控制而產(chǎn)量增加明顯，可提高普通蔬菜種植率30%-40%，也可反季節(jié)種植。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)量和質(zhì)量將大大提高，從而生產(chǎn)效率和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。但是想要大量推廣智能溫室大棚控制系統(tǒng)的話就必須使它的造價(jià)為大眾所接受，所選用的材料要控制成本，所以本設(shè)計(jì)目前用單片機(jī)和傳感器這種低成本材料就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室大棚的智能化控制，從而降低勞動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的自動(dòng)化。設(shè)計(jì)一種以C52單片機(jī)為主芯片來控制和調(diào)節(jié)農(nóng)作物生長(zhǎng)各項(xiàng)系數(shù)的智能化控制系統(tǒng)，來對(duì)溫濕度、光照強(qiáng)度值、土壤濕度值實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，該系統(tǒng)智能、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單方便、安全性高，能夠使農(nóng)作物的質(zhì)量和收成得到大大的提高，適合大力推廣和普及，以便能為社會(huì)帶來更大更多的好處。第1章緒論1.1研究背景及其意義農(nóng)業(yè)是我國重中之重的產(chǎn)業(yè)，國家的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、政治和安全全都要依靠農(nóng)業(yè)種植，農(nóng)業(yè)的出現(xiàn)到現(xiàn)在有一萬年左右，它陪伴了人類的整個(gè)進(jìn)化史，隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，它正成為越來越具有吸引力的產(chǎn)業(yè)。眾所周知，中國是一個(gè)非常重視農(nóng)業(yè)發(fā)展的國家，因此發(fā)展農(nóng)業(yè)水平對(duì)于我國是必不可少的。但是由于農(nóng)業(yè)種植受氣候影響較大，因此，人們研究并構(gòu)造了溫室大棚，它可以改變植物所生長(zhǎng)的環(huán)境，為植物生長(zhǎng)提供更有利的條件，避免外部天氣變化和季節(jié)更替對(duì)植物的影響[1]。它能夠讓植物反季節(jié)生長(zhǎng)，也可以讓其他不適合陸地種植的植物生長(zhǎng)在大棚創(chuàng)造的條件中?？茖W(xué)在發(fā)展，世界在進(jìn)步，帶著農(nóng)業(yè)種植技術(shù)也在不斷的提高，溫室大棚種植技術(shù)也在不斷的提高并越來越智能，智能溫室大棚實(shí)時(shí)智能監(jiān)測(cè)植物的成長(zhǎng)環(huán)境，避免由于人工監(jiān)控不當(dāng)而造成的損失。為了溫室大棚的智能化、自動(dòng)化可以得到大力的推廣，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的發(fā)展，因此需要研究出一種成本低，經(jīng)濟(jì)效益高的智能溫室大棚控制系統(tǒng)。1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題溫室大棚自1978年以來在我國的發(fā)展非常迅速，它從最初從發(fā)達(dá)國家引進(jìn)，到后來我們國家有自己的鉆研和成果，以及最后我國建造出符合我國國情，地理環(huán)境，生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)代化、智能化溫室大棚。第一階段是1970年到1980年間，我們國家當(dāng)時(shí)正處于改革開放初期，為了農(nóng)業(yè)的發(fā)展，先后從一些發(fā)達(dá)國家引進(jìn)了溫室大棚種植，并將這些溫室大棚建在了我國的農(nóng)業(yè)大省之中；第二階段是在1980年以后改革開放政策的實(shí)施，我國通過借鑒國外對(duì)于溫室大棚的建造，開發(fā)并研究出了熱鍍鋅鋼管預(yù)制塑料溫室和現(xiàn)代溫室；第三階段是第九個(gè)五年計(jì)劃時(shí)期，我國為提高經(jīng)濟(jì)建設(shè)，從農(nóng)業(yè)發(fā)展著手，建立了許許多多溫室大棚相關(guān)企業(yè)。我國科研人員對(duì)現(xiàn)代的溫室大棚建造和溫室大棚建造相關(guān)設(shè)備進(jìn)行了研究，他們不斷吸收國外在溫室大棚建造中的優(yōu)勢(shì)，取其精華，去其糟粕，最終建設(shè)了出了符合中國國情并且具有中國特色的智能溫室大棚控制系統(tǒng)。國外研究溫室大棚種植技術(shù)比我們國家開始的早。初始時(shí)，通過對(duì)溫室大棚內(nèi)植物生長(zhǎng)的環(huán)境信息進(jìn)行檢測(cè)與采集，并進(jìn)行記錄，最后控制生長(zhǎng)變量來進(jìn)行調(diào)整。分布式控制系統(tǒng)（即分散控制系統(tǒng)）出現(xiàn)在1975年以后。如今，他們正在朝著把計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)檢測(cè)采集與控制系統(tǒng)的多因素集成控制系統(tǒng)結(jié)合起來研制，目前正處于研究當(dāng)中[2]。智能溫室大棚系統(tǒng)在當(dāng)今的世界發(fā)展的很快，一些發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家在自動(dòng)化和智能化的基礎(chǔ)上做出研究，爭(zhēng)取將溫室大棚發(fā)展成為自動(dòng)化、無人化的智能溫室大棚。目前國內(nèi)外的智能大棚控制系統(tǒng)雖然已經(jīng)成果顯著，但目前面臨的問題使智能溫室大棚控制系統(tǒng)仍然沒有得到普及，目前設(shè)計(jì)一種成本低，功能齊全的智能溫室大棚控制系統(tǒng)對(duì)于其普及是非常重要的。歷史學(xué)家色諾芬曾說過：即使是最富足的人也離不開農(nóng)業(yè)[3]。由此可見發(fā)展農(nóng)業(yè)的重要性，不僅僅使我們國家，農(nóng)業(yè)對(duì)整個(gè)世界的發(fā)展來說都很重要，由于世界科技水平發(fā)展迅速，所以農(nóng)業(yè)水平也在研究和探索不斷發(fā)展了起來，溫室大棚種植技術(shù)也在不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)大棚種植技術(shù)已經(jīng)被淘汰，取而代之的是智能溫室大棚。由于農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的限制，造成了農(nóng)村的勞動(dòng)力像城市涌入，這導(dǎo)致了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展不起來，因此政府開始提倡與支持發(fā)展創(chuàng)新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與經(jīng)營，發(fā)展家庭農(nóng)場(chǎng)等舉措，這些政策的出現(xiàn)與實(shí)施必將加強(qiáng)智能溫室大棚技術(shù)在農(nóng)業(yè)科技方面的發(fā)展，隨著這些政策的實(shí)施，智能溫室大棚也將得到應(yīng)用與推廣，這也表明了智能溫室大棚將在未來的市場(chǎng)上占據(jù)重要的地位。1.3研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)主要是研究出一種成本低，功能齊全的智能溫室大棚，主要研究?jī)?nèi)容為影響植物生長(zhǎng)的光照、土壤濕度、溫度的參數(shù)，讓它可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并在光照不足、溫度過高以及濕度低的情況下能夠自動(dòng)補(bǔ)光、報(bào)警、散熱以及補(bǔ)水，來保證植物健康生長(zhǎng)。1.4本章小結(jié)本章討論了溫室大棚的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀以及研究智能溫室大棚控制系統(tǒng)的意義，針對(duì)我國目前溫室大棚的發(fā)展現(xiàn)狀和面臨的問題展開討論，根據(jù)我國溫室大棚的發(fā)展情況提出本論文設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容和目標(biāo)。第2章智能溫室大棚的原理設(shè)計(jì)2.1影響大棚種植的環(huán)境因素植物的生長(zhǎng)依賴于各種環(huán)境因素，如光照強(qiáng)度、濕度、CO2濃度和溫度等[4]。作物的生長(zhǎng)需要一定的有效積溫，所以溫度是相對(duì)重要的，在適合農(nóng)作物生長(zhǎng)范圍外的溫度都會(huì)直接影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)；農(nóng)作物的生長(zhǎng)需要水分，水分少，則作物無法進(jìn)行生長(zhǎng)，水分過高，作物根部可能會(huì)出現(xiàn)問題或容易產(chǎn)生病蟲害；光照強(qiáng)度會(huì)直接或間接的影響農(nóng)作物的光合作用。因此在農(nóng)業(yè)中，首要任務(wù)就是對(duì)這些種類繁多的信息進(jìn)行準(zhǔn)確采集以及實(shí)時(shí)檢測(cè)。本系統(tǒng)主要以溫度、濕度和光照強(qiáng)度為主，探討這三個(gè)因素對(duì)大棚種植的農(nóng)作物的影響。2.1.1溫度對(duì)大棚種植的影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)會(huì)隨著溫度有一個(gè)反應(yīng)曲線，在一定范圍溫度內(nèi)，農(nóng)作物對(duì)溫度的變化感應(yīng)較低，但是一旦低于這個(gè)溫度，光合作用產(chǎn)物被轉(zhuǎn)運(yùn)、轉(zhuǎn)化的速度變慢，農(nóng)作物將生長(zhǎng)緩慢[5]。農(nóng)作物對(duì)溫度的反映曲線圖如圖2.1所示：圖2.1農(nóng)作物對(duì)溫度的反應(yīng)曲線[6]農(nóng)作物的最佳生長(zhǎng)溫度是一個(gè)區(qū)間范圍內(nèi)，當(dāng)它低于其生長(zhǎng)的最低溫度或者高于生長(zhǎng)的最高溫度時(shí)都會(huì)生長(zhǎng)緩慢或是停止生長(zhǎng)，只有在適合的溫度條件下生長(zhǎng)率才會(huì)最高，智能溫室大棚控制系統(tǒng)可以通過監(jiān)測(cè)大棚內(nèi)溫度來確保植物的高效率生長(zhǎng)，以下列舉幾種常見的溫室大棚種植的農(nóng)作物溫度范圍表：表2.1農(nóng)作物生長(zhǎng)溫度范圍[7]農(nóng)作物最低溫度最佳溫度最高溫度草莓5—715—2530—32黃瓜0—225—3235—45綠蘿10—1520—2530—32蘑菇5—922—2630—35大豆6—1020—25352.1.2濕度對(duì)大棚種植的影響濕度是影響植物蒸騰作用的一個(gè)因素。這個(gè)因素的作用會(huì)隨著濕度的增加而減弱，從而導(dǎo)致植物的吸水能力降低。同時(shí)，隨著濕度的增加，植物吸收養(yǎng)分的能力會(huì)慢慢變差，高溫高濕會(huì)導(dǎo)致葉片燒傷，這時(shí)植物的蒸騰作用可以有利于植物葉片的散熱。但是濕度過低也不好，恰當(dāng)?shù)臐穸炔攀亲钣幸娴?，?dāng)土壤濕度過低時(shí)，植物葉片會(huì)通過關(guān)閉氣孔來保持自身的水分。二氧化碳是植物光合作用的必要成分，沒有它，植物光合作用就無進(jìn)行，也就無法產(chǎn)生營養(yǎng)物質(zhì)，無法產(chǎn)生營養(yǎng)物質(zhì)就會(huì)直接導(dǎo)致植物饑餓，當(dāng)濕度很低時(shí)，會(huì)造成植物幼嫩部分的死亡，導(dǎo)致整個(gè)植物開始枯萎，最終因?yàn)槿彼?。因此智能溫室大棚控制系統(tǒng)中應(yīng)該實(shí)施對(duì)土壤濕度的監(jiān)測(cè)，設(shè)置適合植物生長(zhǎng)的濕度范圍來確保植物能夠正常健康的生長(zhǎng)。2.1.3光照對(duì)大棚種植的影響光合作用是植物生長(zhǎng)過程中的關(guān)鍵步驟，它決定了植物進(jìn)行光合作用的強(qiáng)弱。光影響了植物的各個(gè)部分，包括調(diào)節(jié)植物的分布、生長(zhǎng)和繁殖、增強(qiáng)植物的新陳代謝、抑制細(xì)胞生長(zhǎng)、促進(jìn)細(xì)胞組織分化，從而影響植物的形態(tài)。光照對(duì)植物的生長(zhǎng)影響分為兩種，一個(gè)是間接影響：即會(huì)影響光合作用；另一個(gè)直接影響：即會(huì)影響植物的形態(tài)[8]。植物進(jìn)行光合作用時(shí)，若光照不足，光合作用速率就會(huì)降低，植物的生長(zhǎng)會(huì)受到嚴(yán)重的影響，造成植物發(fā)育不良而無法開花，也就直接影響了果實(shí)的發(fā)育，造成植物出現(xiàn)落花落果的現(xiàn)象，植物的產(chǎn)量也必將受到影響；光照過強(qiáng)也不好，它會(huì)造成光合作用無法利用全部光照，從而導(dǎo)致植物出現(xiàn)灼傷現(xiàn)象。直接影響則是光可以影響植物的生長(zhǎng)形態(tài)。因此可以在智能溫室大棚控制系統(tǒng)中添加一個(gè)對(duì)光照的實(shí)時(shí)檢測(cè)，給植物設(shè)定合適的光照，在光照不足的情況下可以及時(shí)補(bǔ)光，保證植物能正常光合作用。2.2系統(tǒng)的工作原理本系統(tǒng)可以通過溫度傳感器、土壤濕度傳感器、以及光敏電阻等器件對(duì)大棚內(nèi)植物的生長(zhǎng)環(huán)境信息及時(shí)檢測(cè)和采集，然后再通過A/D轉(zhuǎn)換模塊讓這些數(shù)值可以準(zhǔn)確顯示在液晶屏上，自動(dòng)對(duì)比設(shè)定的閾值進(jìn)行補(bǔ)水、散熱、補(bǔ)光、報(bào)警等一系列操作。與此同時(shí)也設(shè)置有按鍵可以設(shè)置作物生長(zhǎng)的最佳條件，一旦實(shí)測(cè)值超出或低于了設(shè)定范圍，風(fēng)扇、補(bǔ)光燈、以及水泵就會(huì)自動(dòng)打開進(jìn)行散熱、補(bǔ)光、補(bǔ)水等操作，除此之外還設(shè)置了GSM報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)溫度超過給定值時(shí)會(huì)自動(dòng)發(fā)送GSM報(bào)警短信給指定用戶。這些功能設(shè)計(jì)可以保證農(nóng)作物處于最佳生長(zhǎng)環(huán)境。2.2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明溫室大棚環(huán)境溫度傳感器光照傳感器溫度傳感器電源模塊按鍵模塊A/D轉(zhuǎn)換模塊微控制器溫室大棚環(huán)境溫度傳感器光照傳感器溫度傳感器電源模塊按鍵模塊A/D轉(zhuǎn)換模塊微控制器補(bǔ)溫電路補(bǔ)光電路液晶顯示模塊繼電器模塊風(fēng)扇模塊GSM模塊用戶移動(dòng)終端圖2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.2.2系統(tǒng)功能說明本設(shè)計(jì)主要有四大功能：一、光照強(qiáng)度檢測(cè)本系統(tǒng)中光照強(qiáng)度的檢測(cè)是通過光敏電阻來實(shí)現(xiàn)的，測(cè)出的數(shù)據(jù)再通過A/D模塊處理，A/D轉(zhuǎn)換模塊將光敏電阻測(cè)得的值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確的顯示在液晶屏上，植物生長(zhǎng)需要一個(gè)最佳光照，可以通過按鍵來設(shè)置一個(gè)植物生長(zhǎng)所需的最低光照閾值，然后將實(shí)際測(cè)得的光照強(qiáng)度值與所設(shè)定的最佳閾值相比較，如果實(shí)測(cè)值低于設(shè)定值，那么指定的白色高亮led燈開始閃爍，為農(nóng)作物生長(zhǎng)補(bǔ)充光照，高于設(shè)定的光照閾值時(shí)則補(bǔ)光燈關(guān)閉。二、土壤濕度檢測(cè)本系統(tǒng)土壤濕度的檢測(cè)是通過加有鍍鎳處理的土壤濕度傳感器來實(shí)現(xiàn)的，土壤濕度傳感器測(cè)的的濕度數(shù)據(jù)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成準(zhǔn)確的數(shù)值實(shí)時(shí)在液晶屏上進(jìn)行顯示。植物的生長(zhǎng)需要水分，因此通過按鍵設(shè)置了一個(gè)適合植物生長(zhǎng)的濕度閾值。本系統(tǒng)中將繼電器與外部水泵相連接，此時(shí)的繼電器相當(dāng)于一個(gè)水龍頭的開關(guān)，將實(shí)測(cè)的土壤濕度值與所設(shè)定的最低濕度閾值相比較，若低，那么它將自動(dòng)打開進(jìn)行補(bǔ)水，若是高于設(shè)定的最低濕度閾值，繼電器將關(guān)閉，補(bǔ)水終止。三、室內(nèi)溫度檢測(cè)本系統(tǒng)的溫度值是通過溫度傳感器來檢測(cè)的，同濕度傳感器一樣，將傳感器中的數(shù)據(jù)通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的顯示在液晶屏上。設(shè)置植物生長(zhǎng)的最佳溫度閾值，將實(shí)際測(cè)得的溫度值與設(shè)定的最佳閾值相比較，低于，那么系統(tǒng)將自動(dòng)打開補(bǔ)溫?zé)簦哂谠O(shè)定的閾值補(bǔ)溫?zé)魧⒆詣?dòng)關(guān)閉，同時(shí)，風(fēng)扇會(huì)自動(dòng)打開進(jìn)行散熱。此外，當(dāng)實(shí)測(cè)溫度高于40℃的時(shí)候，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警，向指定手機(jī)發(fā)送GSM報(bào)警短信。四、GSM報(bào)警裝置將最高限制溫度寫進(jìn)程序里，一旦溫度超過設(shè)定值，就像指定用戶發(fā)送報(bào)警短信。2.3本章小結(jié)本章討論了智能溫室大棚的設(shè)計(jì)框架，根據(jù)農(nóng)作物在生長(zhǎng)過程中所需的環(huán)境條件來設(shè)置相對(duì)應(yīng)的功能，同時(shí)說明了其工作原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分析了每個(gè)部分的具體功能，概括了本設(shè)計(jì)的大致框架。

第3章系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)3.1硬件電路整體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度、光照強(qiáng)度、土壤濕度等功能，設(shè)計(jì)了最小系統(tǒng)電路、負(fù)責(zé)調(diào)整閾值的按鍵電路、負(fù)責(zé)顯示數(shù)據(jù)的液晶顯示電路、負(fù)責(zé)溫度檢測(cè)的電路、繼電器電路、負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的A/D采樣電路、負(fù)責(zé)檢測(cè)光照的電路、負(fù)責(zé)檢測(cè)土壤濕度的電路、風(fēng)扇控制電路、負(fù)責(zé)發(fā)送報(bào)警短信的GSM模塊電路等一系列電路來對(duì)智能大棚的功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。硬件電路整體原理圖如圖3.1所示：圖3.1硬件電路整體原理圖3.2最小系統(tǒng)組成最小系統(tǒng)的組成為：電源電路、復(fù)位電路和配合外部晶振實(shí)現(xiàn)震蕩的時(shí)鐘電路三部分，有了這三部分電路，單片機(jī)就能夠正常工作了，單片機(jī)最小系統(tǒng)的原理圖如圖3.2所示：圖3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖3.3功能模塊電路組成3.3.1按鍵電路本系統(tǒng)中按鍵電路的設(shè)計(jì)選取了輕觸獨(dú)立按鍵，三個(gè)按鍵一端分別連接于單片機(jī)的P3.4-P3.6口，另一端全部接地[9]。當(dāng)按鍵斷開時(shí)即金屬彈片斷開，由于C52單片機(jī)引腳默認(rèn)為高電平，所以此時(shí)連接口顯示為高電平，當(dāng)按鍵按下時(shí)即金屬彈片接地，此時(shí)連接口顯示為低電平，此時(shí)程序檢測(cè)連接口變?yōu)榈碗娖骄烷_始進(jìn)行工作。P3.4和P3.5所連接的按鍵代表外部輸入數(shù)據(jù)按鈕，一加一減，可以調(diào)整溫濕度以及光照強(qiáng)度的上下限，單片機(jī)的P3.6口是外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通口，此按鍵用來選擇調(diào)節(jié)溫濕度和光照強(qiáng)度。其中按鍵電路的原理圖如圖3.3所示：圖3.3按鍵電路原理圖3.3.2液晶顯示電路設(shè)計(jì)液晶屏顯示電路可以實(shí)時(shí)觀察與監(jiān)測(cè)溫度、濕度和光照強(qiáng)度這些數(shù)據(jù)。本液晶顯示電路中的液晶顯示模塊的1腳和2腳分別接地和電源，其中3引腳連接了一個(gè)電位器，電位器在這里的作用是調(diào)節(jié)液晶顯示屏的清晰度。4-6腳分別接單片機(jī)的P2.4、P2.5、P2.6口。判斷寄存器選擇端為數(shù)據(jù)寄存器還是指定寄存器需要通過高低電平判斷，若4引腳為高電平，此時(shí)為數(shù)據(jù)寄存器，若4引腳為低電平時(shí)，則為指令寄存器；5腳為讀寫選擇端，也是由高低電平控制，高讀，低寫；6腳為使能輸入端，高電平有效[10]。液晶顯示屏的7-14引腳接單片機(jī)的P0.0-P0.7口，為8位雙向數(shù)據(jù)線。其液晶顯示電路原理圖如圖3.4所示：圖3.4液晶顯示電路原理圖3.3.3溫度檢測(cè)電路溫度檢測(cè)電路采用了測(cè)量空氣溫度的裸露芯片，這種傳感器占空間比例小，有三個(gè)引腳，GND引腳用來接電源端，DQ接單片機(jī)的P12口，在電源和DQ端接一個(gè)阻值為10k的上拉電阻，用來限制電流，使傳感器讀取數(shù)據(jù)能夠更加穩(wěn)定，VDD端則接地[11]。當(dāng)溫度低于設(shè)定閾值時(shí)，補(bǔ)溫的led二極管接通，其溫度傳感器原理圖如圖3.5所示：圖3.5溫度傳感器原理圖3.3.4土壤濕度檢測(cè)電路土壤中水分的不同會(huì)影響土壤的阻值大小，從而影響電路中的導(dǎo)通電流，土壤濕度傳感器可以通過判定這些數(shù)值來判定土壤濕度的大小，本設(shè)計(jì)中有添加一個(gè)電位器，電位器有分壓和變阻的作用，調(diào)節(jié)土壤濕度控制閾值用到了它的變阻作用，順時(shí)針調(diào)大，逆時(shí)針調(diào)小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤濕度的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆水[12]。土壤濕度傳感器中VCC接電源，GND外接地，D0代表數(shù)字量輸出口（5V和0V），A0代表電壓模擬量輸出口（0-5V之間任意量）。當(dāng)土壤濕度傳感器工作的時(shí)候，若實(shí)際濕度值與設(shè)定閾值相比較，小于設(shè)定閾值，則輸出高電平，此時(shí)繼電器連接水泵可以自動(dòng)澆水，反之若實(shí)際濕度值高于設(shè)定值，那么水泵不動(dòng)作，即輸出為低電平。在本設(shè)計(jì)電路中將A0接口與AD模塊接口相連接，通過AD模塊轉(zhuǎn)換，模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，以便能夠的到更準(zhǔn)確的土壤濕度值。其土壤濕度檢測(cè)原理圖如圖3.6所示：圖3.6土壤濕度檢測(cè)原理圖3.3.5繼電器電路本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)繼電器電路的主要原因是可以在土壤濕度低于設(shè)定值時(shí)，讓繼電器自動(dòng)打開，繼電器外接一個(gè)水泵就可以補(bǔ)充土壤水分了。繼電器電路接在單片機(jī)的P1.3口上，繼電器工作的原理就是當(dāng)土壤濕度低于設(shè)定值的時(shí)候，此時(shí)三極管電路接通，同時(shí)線圈上會(huì)流經(jīng)電流，產(chǎn)生電磁感應(yīng)，磁力會(huì)吸引鐵芯使得電路開關(guān)打開，若電流消失，則鐵芯會(huì)在彈簧的作用下返回原來的位置，此時(shí)的電路也就自動(dòng)斷開，繼電器在這里是控制水泵的自動(dòng)開關(guān)[13]。其繼電器控制原理圖如圖3.7所示：圖3.7繼電器控制原理圖3.3.6光照檢測(cè)電路本設(shè)計(jì)選用光敏電阻作為檢測(cè)光照強(qiáng)度的元件，因?yàn)槠涫怯闪蚧k或硒化鎘等半導(dǎo)體材料制成的特殊半導(dǎo)體材料，光敏電阻的表面涂有防潮樹脂，具有光電導(dǎo)效應(yīng)[14]。它之所以能夠用來測(cè)光照強(qiáng)度是因?yàn)樗鼘?duì)光照十分敏感，光照和它的阻止成反比例關(guān)系，光照越強(qiáng)，其阻值會(huì)越低，反之則越高。在本電路中，將光敏電阻的模擬輸出量和A/D轉(zhuǎn)換器的接口相連，通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，以便得到更加穩(wěn)定的光照強(qiáng)度檢測(cè)值。其光敏電阻原理圖如圖3.8所示：圖3.8光敏電阻原理圖3.3.7A/D采樣電路A/D采樣芯片能夠?qū)⑦B續(xù)時(shí)間、連續(xù)幅值這些模擬量轉(zhuǎn)換成時(shí)間、幅值都離散的數(shù)字信號(hào)，方便能夠更準(zhǔn)確的讀取傳感器測(cè)量的數(shù)值[15]。在選擇芯片的時(shí)候，經(jīng)常根據(jù)它的轉(zhuǎn)換速、以及轉(zhuǎn)換器的位數(shù)來選定合適的芯片。在本設(shè)計(jì)電路中，我采用8位的A/D轉(zhuǎn)換器。在A/D采樣電路中，A/D轉(zhuǎn)換芯片的A0~A3接口都接地，模擬輸入量的接入口為AIN0~AIN3，其次在它的電源接口和接單片機(jī)的兩個(gè)引腳中都穿插接入上拉電阻，上拉電阻的功能同上文中提到的一樣，保證數(shù)字信號(hào)的讀取能更加穩(wěn)定。其A/D采樣電路原理圖如圖3.9所示：圖3.9A/D采樣電路原理圖3.3.8風(fēng)扇控制電路風(fēng)扇控制電路的風(fēng)扇元器件一端接地，另一端接三極管的集電極，三極管的放射極和基極分別接電源和一個(gè)1k的電阻，這個(gè)電阻為限流電阻，它常用于串聯(lián)電路中，用于限制所在支路電流過大而燒壞串聯(lián)的元件，因此它能減小流過三極管的電流，防止三極管損壞[16]。當(dāng)單片機(jī)給低電平的時(shí)候，此時(shí)電路導(dǎo)通，風(fēng)扇工作，將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能從而起到散熱的作用。其風(fēng)扇控制電路原理圖如圖3.10所示：圖3.10風(fēng)扇控制電路原理圖3.3.9GSM模塊電路GSM模塊有發(fā)送SMS短信，語音通話，GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ躘17]。本設(shè)計(jì)中主要運(yùn)用到的是它發(fā)送短信的功能，當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)到大棚內(nèi)溫度高于40℃就會(huì)像指定的手機(jī)發(fā)送一個(gè)報(bào)警短信。GSM模塊的DC5接一個(gè)5V的電源，GND接地，RXD和TXD與單片機(jī)的相應(yīng)引腳相連接，用單片機(jī)的串口進(jìn)行通信，然后發(fā)送AT指令即可。GSM模塊接口原理圖如圖3.11所示：圖3.11GSM模塊接口原理圖3.4本章小結(jié)本章詳細(xì)的講解了組成智能溫室大棚控制系統(tǒng)的各部分電路，講述了這些電路的連接，組成電路的各個(gè)元器件的工作原理。第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1主程序流程設(shè)計(jì)本次軟件的主程序流程設(shè)計(jì)是從系統(tǒng)初始化開始的，分別設(shè)置液晶顯示屏的初始化和GSM模塊的初始化，然后開始檢測(cè)按鍵有沒有被按下，若按鍵被按下，則進(jìn)入到光照閾值設(shè)置，第二次被按下則進(jìn)入到土壤濕度閾值設(shè)置，按鍵第三次被按下則進(jìn)入到溫度閾值設(shè)置，如果沒有檢測(cè)到按鍵被按下，則開始進(jìn)行植物生長(zhǎng)環(huán)境的數(shù)據(jù)采集，通過A/D轉(zhuǎn)換模塊將實(shí)測(cè)的模擬量轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量并顯示在液晶屏上，同時(shí)與設(shè)定閾值相比較，然后判斷測(cè)得的數(shù)據(jù)是否超過實(shí)際閾值。如果檢測(cè)到實(shí)測(cè)值小于設(shè)定的閾值，那么系統(tǒng)繼續(xù)從數(shù)據(jù)采集程序開始進(jìn)行，如果某個(gè)測(cè)得的值超過了設(shè)定的閾值，就開始啟動(dòng)相對(duì)的器件，進(jìn)行調(diào)整，比如：經(jīng)光敏電阻實(shí)際測(cè)得的光照強(qiáng)度值低于設(shè)定值，那么補(bǔ)光燈就會(huì)自動(dòng)開啟，進(jìn)行補(bǔ)光；若室內(nèi)實(shí)際測(cè)得的溫度值高于設(shè)定值，那么就會(huì)啟動(dòng)風(fēng)扇進(jìn)行降溫處理，同時(shí)，當(dāng)溫度超過四十?dāng)z氏度，GSM模塊會(huì)自動(dòng)進(jìn)行報(bào)警，發(fā)送報(bào)警短信；將實(shí)測(cè)的土壤濕度值大小與設(shè)定的濕度閾值相比較，小于，則連接水泵的繼電器就可以自動(dòng)打開進(jìn)行補(bǔ)水，最終啟動(dòng)相關(guān)器件完成則主程序完成。主程序流程圖如圖4.1所示：開始開始液晶屏初始化GSM模塊初始化判斷是否超過閾值數(shù)據(jù)處理及比較進(jìn)入光照、土壤、溫度閾值設(shè)置數(shù)據(jù)采集是否有按鍵操作數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示結(jié)束啟動(dòng)相關(guān)器件是否否是圖4.1主程序流程圖4.2液晶顯示程序設(shè)計(jì)在液晶屏開始運(yùn)行的時(shí)候，第一步先進(jìn)行液晶屏的初始化，然后輸入字符坐標(biāo)信息，屏幕上會(huì)顯示字符數(shù)據(jù)，通過檢查是否復(fù)位，來判斷是進(jìn)行結(jié)束程序還是重新開始初始化。將命令字寫入數(shù)據(jù)端口（即使能信號(hào)由1變0），然后向液晶模塊寫入命令。等待液晶空閑時(shí)，會(huì)將顯示數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)端口，產(chǎn)生使能脈沖信號(hào)，將液晶顯示的當(dāng)前地址寫入顯示數(shù)據(jù)，等待液晶完成內(nèi)部操作。在本程序設(shè)置中，液晶屏?xí)袃尚凶址畔@示，第一行為實(shí)時(shí)檢測(cè)出來的光照、濕度和溫度，第二行為其對(duì)應(yīng)設(shè)定的閾值[18]。是否復(fù)位是否復(fù)位輸入字符坐標(biāo)信息開始初始化顯示字符數(shù)據(jù)結(jié)束YN圖4.2液晶顯示流程圖4.3溫度程序設(shè)計(jì)程序開始運(yùn)行的第一步是將溫度傳感器初始化，然后給一個(gè)脈沖信號(hào)，讓其寫入字節(jié)，讀取溫度，接著對(duì)傳感器讀取的溫度進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，接著讀取溫度寄存器（共可讀9個(gè)寄存器），上傳測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)，最后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取、處理[19]。開始開始液晶初始化給脈沖信號(hào)溫度轉(zhuǎn)換讀溫度寄存器結(jié)束圖4.3溫度顯示流程圖4.4本章小結(jié)本章為智能溫室大棚控制系統(tǒng)各個(gè)部分的程序設(shè)計(jì)，分了三個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，液晶顯示的程序和溫度顯示的程序，最后是主程序的設(shè)計(jì)，總程序的實(shí)現(xiàn)可以分別調(diào)用各個(gè)子程序，使程序能夠完整運(yùn)行。

第5章系統(tǒng)功能測(cè)試與結(jié)果分析5.1整體功能測(cè)試系統(tǒng)的整體電路由藍(lán)白電位器、STC89C52單片機(jī)芯片、一個(gè)負(fù)責(zé)液晶顯示的液晶屏、一個(gè)負(fù)責(zé)檢測(cè)土壤濕度的傳感器、5V風(fēng)扇、GSM通信模塊、5V繼電器、三個(gè)四腳按鍵、一個(gè)電源開關(guān)、一個(gè)電源適配器5V/2A、一個(gè)紅色電源指示燈、一個(gè)負(fù)責(zé)檢測(cè)溫度的傳感器、一個(gè)黃色補(bǔ)溫?zé)?、一個(gè)高亮白色補(bǔ)光燈、A/D轉(zhuǎn)換芯片PCF8591、光敏電阻等元器件組成，其系統(tǒng)整體電路如圖5.1所示：圖5.1系統(tǒng)整體電路正面圖5.1.1系統(tǒng)復(fù)位測(cè)試本系統(tǒng)的復(fù)位檢測(cè)分別為按鍵復(fù)位（即需要手動(dòng)按下復(fù)位鍵）和上電復(fù)位（即只需要接入電源打開開關(guān)就可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作）[20]。其結(jié)果如下圖所示。系統(tǒng)復(fù)位結(jié)果圖如圖5.2所示：圖5.2系統(tǒng)復(fù)位結(jié)果圖5.1.2按鍵功能測(cè)試本設(shè)計(jì)功能按鍵有三個(gè)，功能各不相同，其測(cè)試步驟如下：（1）按下左邊的四腳按鍵進(jìn)入設(shè)置：第一次按下，設(shè)置光照閾值；第二次按下，設(shè)置土壤濕度；第三次按下，設(shè)置溫度；第四次按下，取消設(shè)置。（2）按下中間的四腳按鍵，則上調(diào)閾值，溫度和光照閾值上調(diào)5。（3）按下右邊四腳按鍵，則下調(diào)閾值，濕度閾值下調(diào)5。按鍵功能測(cè)試結(jié)果圖如圖5.3所示：圖5.3按鍵功能測(cè)試結(jié)果圖5.1.3溫度功能測(cè)試本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了當(dāng)溫度高于設(shè)定閾值時(shí)可以打開風(fēng)扇進(jìn)行自動(dòng)散熱和發(fā)送GSM短信，其功能測(cè)試步驟如下：（1）按下按鍵將溫度閾值調(diào)到35℃，其溫度閾值為35℃結(jié)果圖如圖5.4所示：圖5.4溫度閾值為35℃結(jié)果圖（2）找到一個(gè)熱源，使其靠近溫度傳感器，當(dāng)實(shí)測(cè)溫度高于設(shè)定閾值時(shí)，其實(shí)測(cè)溫度高于閾值顯示結(jié)果圖如圖5.5所示：圖5.5實(shí)測(cè)溫度高于閾值結(jié)果圖（3）在GSM通信模塊中插入SIM卡，讓熱源繼續(xù)貼近傳感器，直到溫度上升到28℃，實(shí)測(cè)溫度高于28℃結(jié)果圖如圖5.6所示：

圖5.6實(shí)測(cè)溫度高于40℃結(jié)果圖5.1.4濕度功能測(cè)試本設(shè)計(jì)中當(dāng)實(shí)測(cè)土壤濕度與設(shè)定閾值比較，小于設(shè)定值時(shí)，繼電器會(huì)自動(dòng)進(jìn)行工作，其測(cè)試步驟如下：（1）在干燥的條件下，繼電器的狀態(tài)如圖5.7所示：圖5.7干燥條件下的繼電器狀態(tài)圖（2）在濕度大于設(shè)定閾值的條件下，其繼電器顯示狀態(tài)圖如圖5.8所示：圖5.8濕潤條件下的繼電器狀態(tài)圖5.1.5光照功能測(cè)試本設(shè)計(jì)在光照檢測(cè)這塊的功能為：當(dāng)光敏電阻測(cè)得的光照值低于設(shè)定的閾值則會(huì)自動(dòng)開啟補(bǔ)光燈，其測(cè)試步驟如