单片机控制的智慧大棚环境监测系统
本文介绍了基于51单片机控制的智慧大棚环境自动监控装置系统，本系统对大棚实施实时的温湿度的监控，二氧化碳浓度的监测以及光照度的监控，以确保大棚内植物可以在最优的环境下生长。本系统采用AT89C51单片机为核心，结合SHT11温湿度传感器，MH-Z19二氧化碳浓度传感器，BH1750光照度传感器等器件完成整个系统的驱动运作。将采集到大棚内部的环境温度信号、湿度信号、光照强度信号、烟雾信号反馈给AT89C51单片机，再由单片机将数据处理后显示在显示屏上，单片机处理时当传感器采集数据超过限定数据量程就会发出报警指令。该系统能够实现大棚植物的生长环境检测，有利于植物的生产调控，减少了人力控制的成本，加快了植物的生长检测和控制，为以后植物的生产提供了有利的检测保障。
目录
一、绪论 1
（一）课题研究背景 1
（二）国内外研究现状 1
（三）课题研究意义 2
二、系统方案设计 3
（一）设计方案 3
（二）功能要求 3
（三）单片机芯片 3
（四）SHT11温湿度检测模块 5
（五）二氧化碳浓度传感器模块 5
（六）BF1750光照强度传感器模块 6
三、硬件设计 7
（一）智慧大棚环境监测系统的原理总框图设计 7
（二）单片机的最小系统设计 7
（三）温湿度采集模块 8
（四）二氧化碳浓度采集模块 9
（五）光照强度采集模块 10
（六）报警电路的设计 10
（七）LCD1602显示电路设计 11
四、系统的软件设计 12
（一）主流程图 12
（二）SHT11传感器程序流程图 13
（三）MHZ19传感器程序图 14
（四）BH1750传感器程序流程图 14
（五）LCD1602字符点阵屏幕驱动流程图 15
五、系统调试 17
（一）软件仿真设计 17
（二）仿真调试设计 17
六、总结与展望 20
参考文献 24
致谢 25
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
附录一原理图 26
附录二实物图 26
附录三源代码 26
绪论
（一）课题研究背景
众所周知，我国是一个农业大国，各种农作物的栽种和培育向来是一项重大的问题，植物的生长不外乎三点：温湿度，二氧化碳浓度，光照度；只要管控好这三点环境因素，植物的生长状况肯定非常良好，由于市场对于换季蔬菜的大量需求以及对于种植物产量的追求，大棚在国内非常的普及，但质量参差不齐，有许多大棚仅仅靠温度计测温度，靠加湿器增强棚内湿度，可以说非常的粗糙烂制，并没有大大提高作物产量还增加了自身的人力成本，得不偿失。我国人口众多，资源短缺，如何将我国从一个传统落后的农业国家转型成一个现代化，机械化，高效高产的现代化科技型农业国家，让传统农业的靠天吃饭得以改变，用高效，提产，优质为目的的科技手段人为干预，改造农业环境，彻彻底底的改变以往落后的现状，让科技成为第一生产力。
（二）国内外研究现状
2011年山东大学信息科学与工程学院的刘炜与李康教授在《电子技术》第6期发表了《基于RS485/422网络的蔬菜大棚自动监控系统》介绍了该系统设计中，通过主控制器实现蔬菜园内的湿度、温度、浓度检测，主控中心对输出处理后，通过RS～485／422网络串口实现检测数据的输出，最后，在计算机监控中心实现远程网络监测。
2012年武汉理工大学的段朝伟，曾春年教授在《科技成果管理与研究》第4期发表了《基于单片机温湿度自动监控系统的设计与实现》此次设计中主要讲述了一个区域环境内部进行温度和湿度的监控，利用主控制器单片机来控制实现系统中温度和湿度监控，以温湿度传感器采集信号。系统可以实现远程的控制，这种设计领域范围广，所以，在市场上有很好的应用价值。但很遗憾没有实现二氧化碳浓度的监控。郑州市机械研究所的孙银生教授在2014年第6期的《江苏农业科学》中发表了《温室大棚集中供暖自动监控系统》一文，针对我国北方寒冷地区温室大棚保温差和抵御严寒能力弱的问题，设计了温室大棚集中供暖系统：热力站根据棚内温度和外界气候的变化，通过控制水温和循环水泵的工作状态，实现了对整个棚区的温度调节。同时，为了提高棚内自身温度的调节能力对农业智能化和现代化具有重要意义。天津科技大学电子信息与自动化学院的王以忠教授在2015年第13期《湖北农业科学》杂志上发表了《基于LabVIEW的温室大棚智能远程监控系统》，以GPRS模块和Internet为通信手段，通过传感器检查到数据，以网络端口进行数据的通信传递，并能用网络将数据输出显示，其控制更加的智能化，控制和设计的成本代价大，具有一定的实用性。
相较于我国，外国的温室技术研究早已成熟稳定，2015年Adeline在期刊《Computer Measurement&control》第4期中发表了基于GSM和LabVIEW的温室大棚远程监控系统，该系统运行稳定,可拓展性强，性能优越 ,市场应用前景十分广泛。2015年Gabrielle在期刊《Bulletin of the ceramic society》中发表采用相变储热材料(PCMs)潜热储蓄技术，解析了温室储热材料的功能与存在的诸多问题,预测了低温相变储能材料在未来的发展方向和应用前景。可以说到了近现代发达国家新建的温室基本都是大型的现代化温室，设施规模大，自动化程度高，普及程度高。这些温室使植物不受一年四季的干扰，通过人为的环境干预，满足市场一年四季不同的需求。
（三）课题研究意义
本文所研究的是一个基于51单片机的大棚温湿度，二氧化碳浓度以及光照度的监测系统，这个系统可以实现对大棚内温湿度的实时监控，对大棚内二氧化碳浓度的实时监测，对大棚内光照强度的实时测量，这几点正是植物生长所必须的几样最重要的辅助环境成分，温湿度的高低决定了植物的生长状况，二氧化碳浓度以及光照度的强弱决定了植物光合作用的强弱，结合在一起就决定了整个大棚的全年产量的多少，同时这种三合一的监测系统不光可以应用在大棚种植领域，同样可以广泛应用到各种动植物的培育种植成长领域，运用到花卉这种观赏型花栽植领域，让只有在春夏开放的玫瑰在数九寒冬开放，也可以运用到动物繁殖领域，比如乌龟，鳄鱼的蛋在不同的温度，光照度下孵化出的幼崽性别不同，温度可以决定幼崽是雄性还是雌性等等，这个系统在上述的领域作用十分重大。
二、系统方案设计
（一）设计方案
智慧大棚环境监测控制系统中，二氧化碳浓度以及光照强度的自动监系统，以AT89C51单片机为主控模块，控制整个检测系统的运行，接下来温湿度传感器，二氧化碳浓度传感器以及光照强度传感器为三个主测量模块，还有按键输入模块，A/D转换模块，显示模块,驱动模块以及单片机最小系统（如图21）所示。
目录
一、绪论 1
（一）课题研究背景 1
（二）国内外研究现状 1
（三）课题研究意义 2
二、系统方案设计 3
（一）设计方案 3
（二）功能要求 3
（三）单片机芯片 3
（四）SHT11温湿度检测模块 5
（五）二氧化碳浓度传感器模块 5
（六）BF1750光照强度传感器模块 6
三、硬件设计 7
（一）智慧大棚环境监测系统的原理总框图设计 7
（二）单片机的最小系统设计 7
（三）温湿度采集模块 8
（四）二氧化碳浓度采集模块 9
（五）光照强度采集模块 10
（六）报警电路的设计 10
（七）LCD1602显示电路设计 11
四、系统的软件设计 12
（一）主流程图 12
（二）SHT11传感器程序流程图 13
（三）MHZ19传感器程序图 14
（四）BH1750传感器程序流程图 14
（五）LCD1602字符点阵屏幕驱动流程图 15
五、系统调试 17
（一）软件仿真设计 17
（二）仿真调试设计 17
六、总结与展望 20
参考文献 24
致谢 25
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
附录一原理图 26
附录二实物图 26
附录三源代码 26
绪论
（一）课题研究背景
众所周知，我国是一个农业大国，各种农作物的栽种和培育向来是一项重大的问题，植物的生长不外乎三点：温湿度，二氧化碳浓度，光照度；只要管控好这三点环境因素，植物的生长状况肯定非常良好，由于市场对于换季蔬菜的大量需求以及对于种植物产量的追求，大棚在国内非常的普及，但质量参差不齐，有许多大棚仅仅靠温度计测温度，靠加湿器增强棚内湿度，可以说非常的粗糙烂制，并没有大大提高作物产量还增加了自身的人力成本，得不偿失。我国人口众多，资源短缺，如何将我国从一个传统落后的农业国家转型成一个现代化，机械化，高效高产的现代化科技型农业国家，让传统农业的靠天吃饭得以改变，用高效，提产，优质为目的的科技手段人为干预，改造农业环境，彻彻底底的改变以往落后的现状，让科技成为第一生产力。
（二）国内外研究现状
2011年山东大学信息科学与工程学院的刘炜与李康教授在《电子技术》第6期发表了《基于RS485/422网络的蔬菜大棚自动监控系统》介绍了该系统设计中，通过主控制器实现蔬菜园内的湿度、温度、浓度检测，主控中心对输出处理后，通过RS～485／422网络串口实现检测数据的输出，最后，在计算机监控中心实现远程网络监测。
2012年武汉理工大学的段朝伟，曾春年教授在《科技成果管理与研究》第4期发表了《基于单片机温湿度自动监控系统的设计与实现》此次设计中主要讲述了一个区域环境内部进行温度和湿度的监控，利用主控制器单片机来控制实现系统中温度和湿度监控，以温湿度传感器采集信号。系统可以实现远程的控制，这种设计领域范围广，所以，在市场上有很好的应用价值。但很遗憾没有实现二氧化碳浓度的监控。郑州市机械研究所的孙银生教授在2014年第6期的《江苏农业科学》中发表了《温室大棚集中供暖自动监控系统》一文，针对我国北方寒冷地区温室大棚保温差和抵御严寒能力弱的问题，设计了温室大棚集中供暖系统：热力站根据棚内温度和外界气候的变化，通过控制水温和循环水泵的工作状态，实现了对整个棚区的温度调节。同时，为了提高棚内自身温度的调节能力对农业智能化和现代化具有重要意义。天津科技大学电子信息与自动化学院的王以忠教授在2015年第13期《湖北农业科学》杂志上发表了《基于LabVIEW的温室大棚智能远程监控系统》，以GPRS模块和Internet为通信手段，通过传感器检查到数据，以网络端口进行数据的通信传递，并能用网络将数据输出显示，其控制更加的智能化，控制和设计的成本代价大，具有一定的实用性。
相较于我国，外国的温室技术研究早已成熟稳定，2015年Adeline在期刊《Computer Measurement&control》第4期中发表了基于GSM和LabVIEW的温室大棚远程监控系统，该系统运行稳定,可拓展性强，性能优越 ,市场应用前景十分广泛。2015年Gabrielle在期刊《Bulletin of the ceramic society》中发表采用相变储热材料(PCMs)潜热储蓄技术，解析了温室储热材料的功能与存在的诸多问题,预测了低温相变储能材料在未来的发展方向和应用前景。可以说到了近现代发达国家新建的温室基本都是大型的现代化温室，设施规模大，自动化程度高，普及程度高。这些温室使植物不受一年四季的干扰，通过人为的环境干预，满足市场一年四季不同的需求。
（三）课题研究意义
本文所研究的是一个基于51单片机的大棚温湿度，二氧化碳浓度以及光照度的监测系统，这个系统可以实现对大棚内温湿度的实时监控，对大棚内二氧化碳浓度的实时监测，对大棚内光照强度的实时测量，这几点正是植物生长所必须的几样最重要的辅助环境成分，温湿度的高低决定了植物的生长状况，二氧化碳浓度以及光照度的强弱决定了植物光合作用的强弱，结合在一起就决定了整个大棚的全年产量的多少，同时这种三合一的监测系统不光可以应用在大棚种植领域，同样可以广泛应用到各种动植物的培育种植成长领域，运用到花卉这种观赏型花栽植领域，让只有在春夏开放的玫瑰在数九寒冬开放，也可以运用到动物繁殖领域，比如乌龟，鳄鱼的蛋在不同的温度，光照度下孵化出的幼崽性别不同，温度可以决定幼崽是雄性还是雌性等等，这个系统在上述的领域作用十分重大。
二、系统方案设计
（一）设计方案
智慧大棚环境监测控制系统中，二氧化碳浓度以及光照强度的自动监系统，以AT89C51单片机为主控模块，控制整个检测系统的运行，接下来温湿度传感器，二氧化碳浓度传感器以及光照强度传感器为三个主测量模块，还有按键输入模块，A/D转换模块，显示模块,驱动模块以及单片机最小系统（如图21）所示。
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