花房花卉生长环境参数的无线监控系统
花房花卉生长环境参数的无线监控系统[20191215143744]
摘 要
随着经济的发展,花卉产业有着巨大的发展空间，其产业趋于规模化的生产对于房中花卉的生产环境更为严格，如何测试监控花卉环境参数对于花卉的生长有很大的意义
本设计主要模块为51单片机最小系统模块，温度光照采集模块，Zigbee无线传输模块和显示模块。利用18B20温度传感器和光敏电阻传感器采集数据，测量花房的温度和光照数据量，以89C51单片机系统为控制中心，处理数据并显示，用Zigbee模块作为无线传输工具，设计出一个花房花卉温度和光照度等生长环境参数的无线监控系统，同步发送到电脑监控中心，监控中心会记录显示温度和光照的数值，人们可以根据生长环境参数采取具体措施使花卉在最有利的生长环境中生长，本设计可以有效地实现对花房花卉生长参数的监控功能，对花卉产业的发展有重要的意义。
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关键字:89C51单片机系统；zigbee模块；温度传感器,监控
目录
摘要 I
ABSTRACT II
目 录 III
第1章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2研究意义 1
1.2.1光照和温度参量 1
1.2.2课题研究意义 3
1.3国内外研究现状 4
1.3.1国外花卉温室监控 4
1.3.2国内花卉温室监控 4
1.4论文组成 4
第2章 系统硬件设计 6
2.1设计系统分析 6
2.2单片机系统 7
2.2.1单片机特点和应用 7
2.2.2.单片机的选择 7
2.2.3单片机最小系统设计 8
2.3温度采集模块 11
2.3.1温度传感器选择 11
2.3.2 DS18B20特性 12
2.4光敏采集模块 12
2.4.1设计思路 12
2.4.2光敏电阻采集电路 12
2.4.3 AD转换芯片的选择 13
2.4.4 I2C介绍 14
2.5数码管显示模块 15
2.5.1显示示意图 15
2.5.2 74HC138介绍 15
2.5.3 74HC573具体参数 16
2.6 调节控制...17
第3章 无线传输模块和监控模块 17
3.1无线传输的选择 17
3.2 ZigBee 技术 17
3.3 Zigbee SZ05模块介绍 18
3.4原理图及功能表 18
3.5 Zigbee配置和连接 19
3.6监控窗口的选择 20
3.7 反馈调节.. 22
第4章 系统软件设计 22
4.1软件设计基本思路 22
4.2温度处理 22
4.3 光照参量处理 24
4.4数码管显示程序 25
4.5时程序和中断程序 26
4.5.1 延时程序 26
4.5.2 中断程序 27
4.6 串口通信 28
4.6.1设计方案 28
4.6.2串口通信协议 28
4.6.3 RS232 29
4.6.4 程序 30
第5章 测试与调试 32
5.1 系统调试 32
5.2温度采集 33
5.3光照采集调试 33
5.4 ZigBee和串口调试 34
5.5调试心得 35
第6章 总结与展望 36
参考文献 39
致谢 38
附录1 电路图 40
附录2 程序 41
III第1章 绪论
1.1研究背景
经济的发展带来花卉产业的发展。进入21世界，我国的花卉产业也迎来了蓬勃发展时期。花卉温室的构建，不仅为花卉生长创造了温暖的环境，而且能为植物的跨季节生长提供了有利的条件，同时也被用来扺风霜雨雪等恶劣天气，硬件设施的发展，能保障花卉的生长环境，更积极的改变温室内的环境参数，打破花卉的季节垄断，可以在不同的季节产出各种花卉，同时能打破地域垄断，培育出世界各地不同品种的花卉，保证花卉的跨地域跨季节生长，以满足市场的需求。
花卉生产者必须能很好地控制花卉生长及花期，保证送出花卉的时间、数量和品质等。不能以天气或季节为借口，否则便会失去市场，失去竞争力[1]。许多花卉品种，尤其是名贵花卉，对环境的要求非常苛刻，这就要求我们能够对温室环境进行监测调控，以达到花卉生长最佳最佳条件。温度和光照是花卉生长环境中最重要的两个环境变量，和植物的光合作用，呼吸作用密切相关。温室的作用就是使植物达到符合光合作用和呼吸作用的最佳组合点。现在我们很多的温室花卉产地并没有很好的调节温度和光照的系统，只是用简易的大棚来保障花卉的生长，而不同季节和天气条件下，花卉并不能保证在最佳的环境下生长。在温室中控制好光照和温度，对生产优质的花卉产品，打破花卉生长的季节限制，发展壮大花卉产业有着巨大的影响[2]
1.2研究意义
1.2.1光照和温度参量
光照参量：
光照强度通过影响植物的光合作用来影响植物的生长，因此光照强度与花卉的生长密切相关。植物通过光合作用储存能量促使植物生长，光合作用分光反应和碳反应，前者提供后者所需的ATP以及NADPH（还原性氢），为碳反应原料。后者利用CO2合成有机物。光照是光合作用基本条件，直接影响作物的光合作用效率。光照的时间越长，光反应发生的时间就越长，光反应主要提供碳反应ATP以及NADPH，那么在CO2越多的情况下，光合作用就会越多。光照时间短，碳反应虽然可以在无光的条件下反应，但是由于ATP以及NADPH生成不足，最终导致的结果是碳反应也无法发生。光照是光合作用基本条件，直接影响作物的光合作用效率。不同的作物对光照的强弱需求不同，阳生植物在光强不足时生长不良，不利产量的提高，在一定的范围内，光照越强，植物光合作用越多；阴生植物在光强太弱不利生长，但是光强太强甚至有伤害作用。光照强度影响光合作用见图1.1。
图1.1 光照强度和光合速度联系图
图1.1中，低光强区，光合速率随光强的增强而呈比例地增加(比例阶段，直线A)；当超过一定光强，光合速率增加就会转慢(曲线B)；当达到某一光强时，光合速率就不再增加，而呈现光饱和现象。以后的阶段称饱和阶段(直线C)。比例阶段中主要是光强制约着光合速率，而饱和阶段中CO2扩散和固定速率是主要限制因素。
温度参量：
任何植物都是生活在具有一定温度的外界环境中并受着温度变化的影响。首先，植物的生理活动、生化反应，都必须在一定的温度条件下才能进行。在一定范围内，温度升高，呼吸作用和光合作用也随之增强，而超过一定范围后，温度影响各个作用的酶活性开始下降甚至失去活性，呼吸作用和光合作用开始减弱；当温度低于一定温度范围时，生长缓慢，以呼吸作用为主，则消耗更多的储存的能量，植物的生长缓慢甚至停止，温度过高时，会出现呼吸作用大于光合作用的情况，则植物不生长，更高的温度会使植物死亡。其次温度的变化能引起环境中其它因子如湿度、降水、风、水中氧的溶解度等的变化，而环境诸因子的综合作用，又能影响植物的生长发育、作物的产量和质量。光合作用图见图1.2。
图1.2 光合作用和呼吸作用随温度变化原理图
温度通过影响植物中各个化学和物理反应的酶来影响植物的生长，植物中光合作用生产和储存物质能两，呼吸作用消耗物质能量。在一定范围内，光合作用随着温度的升高而增强，达到一定温度后，如图1.2中t2的t3，光合作用中酶的活性开始减弱，从而使植物的光合作用也减弱。在一般情况下，呼吸作用随着温度的提高而增强。地球上各地带的植物需要的最适温度的范围是不同的，热带植物的最适宜生长温度比温带植物的最适宜生长温度要高，温度植物的最适宜生长温度比寒带极地植物的最适宜生长温度高。
1.2.2课题研究意义
对花卉的生长而言，对花房温室中花卉生长环境参数的监测。可以有效地掌握花房温室中温度和光照具体数字，通过合理地调节，创造出一个最合适花卉生长的条件，生产处优质的花卉。同时可以分析数据，对特殊的花卉生长进行研究分析，促进培育不同的花卉品种。
对花卉产业而言，有了花卉花房的无线监控系统的保证，打破地域和季节生长的限制，如在冬天培育出玫瑰花，在温带培育出热带才能种植生长的花朵。在市场供求的条件下，保证花卉的产出和效益，极大地促进花卉产业的发展。
所以，花房花卉的无线监控系统的研发，结合各种控制调节装置，能调节花房中环境参量，给花卉提供一个良好的生长环境。最大限度地提高种植效益，减少花卉的生长周期，生产处更优的花卉。在大型产业化生产的花卉温室中，无线监控系统带来便捷性和直观性更为突出。
1.3国内外研究现状
1.3.1国外花卉温室监控
发达国家在花卉温室监控领域起步早。从上世纪70年代开始，随着电子技术的进步和硬件设施的发展，美国、荷兰等花卉大国在花卉温室的建设，室内栽培技术，生产集成和操作技术方面都有很大的发展和创新。花卉产品种类的多样化和工厂流程化的生产，促进监控技术的发展。从开始阶段单独控制温室内的环境参数到后来综合监控多种环境参数，进行精确的数据处理,运用传感技术和计算机技术组成成监控网络。进入21世纪，国外的温室监控技术进一步发展，机械化农业的推广和智能化农业的发展，利用更高科技和密集型，如日本利用机器人来进行温室内的操作管理。随之物联网的发展，国外的温室监控已经实现了高度的自动化和智能化，在温室内构建不同的生态环境，如荷兰利用计算机控制系统，检测温室内不同传感器所测量的环境参数，根据要求制造花卉不同的生长环境，在温室内控制光照，温度，CO2浓度，可以实现在冬天季节模拟春夏环境的功能。
1.3.2国内花卉温室监控
中国的温室大棚在古代就应用于种植业，上世界90年代是温室各方面技术快速发展的阶段，从最开始的人员手动监控温室慢慢发展到如今用高科技产品进行花卉温室的检控，过渡到自动化和智能时代，单片机的应用和发展使得温室监控行业快速发展。国内监控的几种方案如下：
1. 利用工业采集仪器设备采集环境中的参量，把采集的数据运用移动网进行传输，以计算机为控制中心，在数据终端服务器和监控中心显示数据和图像，这种方案采集的数据点多，对设备和网络要求高，因此成本比较高。
2. DCS控制，智能化设备数据的采集,有着高可靠性，协调性和易于维护的优点。但是它的组网功能和控制功能不是很强，而且成本也很高
3. 用各类单片机进行控制，如AVR，51单片机等，成本相对简单，设计方式简单，根据不同的数据处理要求选择不同的单片机，且方案设计灵活
1.4论文组成
第一章 绪论。主要介绍了温室监控的研究背景，研究温度和光照对花卉生长的
影响，课题研究的意义和论文的框架组成。
第二章 系统硬件的设计说明。重点分析了设计的流程思路，51最小系统，光照温度采集模块和数码管显示模块。与后文软件设计一起组成设计的主要内容。
摘 要
随着经济的发展,花卉产业有着巨大的发展空间，其产业趋于规模化的生产对于房中花卉的生产环境更为严格，如何测试监控花卉环境参数对于花卉的生长有很大的意义
本设计主要模块为51单片机最小系统模块，温度光照采集模块，Zigbee无线传输模块和显示模块。利用18B20温度传感器和光敏电阻传感器采集数据，测量花房的温度和光照数据量，以89C51单片机系统为控制中心，处理数据并显示，用Zigbee模块作为无线传输工具，设计出一个花房花卉温度和光照度等生长环境参数的无线监控系统，同步发送到电脑监控中心，监控中心会记录显示温度和光照的数值，人们可以根据生长环境参数采取具体措施使花卉在最有利的生长环境中生长，本设计可以有效地实现对花房花卉生长参数的监控功能，对花卉产业的发展有重要的意义。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:89C51单片机系统；zigbee模块；温度传感器,监控
目录
摘要 I
ABSTRACT II
目 录 III
第1章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2研究意义 1
1.2.1光照和温度参量 1
1.2.2课题研究意义 3
1.3国内外研究现状 4
1.3.1国外花卉温室监控 4
1.3.2国内花卉温室监控 4
1.4论文组成 4
第2章 系统硬件设计 6
2.1设计系统分析 6
2.2单片机系统 7
2.2.1单片机特点和应用 7
2.2.2.单片机的选择 7
2.2.3单片机最小系统设计 8
2.3温度采集模块 11
2.3.1温度传感器选择 11
2.3.2 DS18B20特性 12
2.4光敏采集模块 12
2.4.1设计思路 12
2.4.2光敏电阻采集电路 12
2.4.3 AD转换芯片的选择 13
2.4.4 I2C介绍 14
2.5数码管显示模块 15
2.5.1显示示意图 15
2.5.2 74HC138介绍 15
2.5.3 74HC573具体参数 16
2.6 调节控制...17
第3章 无线传输模块和监控模块 17
3.1无线传输的选择 17
3.2 ZigBee 技术 17
3.3 Zigbee SZ05模块介绍 18
3.4原理图及功能表 18
3.5 Zigbee配置和连接 19
3.6监控窗口的选择 20
3.7 反馈调节.. 22
第4章 系统软件设计 22
4.1软件设计基本思路 22
4.2温度处理 22
4.3 光照参量处理 24
4.4数码管显示程序 25
4.5时程序和中断程序 26
4.5.1 延时程序 26
4.5.2 中断程序 27
4.6 串口通信 28
4.6.1设计方案 28
4.6.2串口通信协议 28
4.6.3 RS232 29
4.6.4 程序 30
第5章 测试与调试 32
5.1 系统调试 32
5.2温度采集 33
5.3光照采集调试 33
5.4 ZigBee和串口调试 34
5.5调试心得 35
第6章 总结与展望 36
参考文献 39
致谢 38
附录1 电路图 40
附录2 程序 41
III第1章 绪论
1.1研究背景
经济的发展带来花卉产业的发展。进入21世界，我国的花卉产业也迎来了蓬勃发展时期。花卉温室的构建，不仅为花卉生长创造了温暖的环境，而且能为植物的跨季节生长提供了有利的条件，同时也被用来扺风霜雨雪等恶劣天气，硬件设施的发展，能保障花卉的生长环境，更积极的改变温室内的环境参数，打破花卉的季节垄断，可以在不同的季节产出各种花卉，同时能打破地域垄断，培育出世界各地不同品种的花卉，保证花卉的跨地域跨季节生长，以满足市场的需求。
花卉生产者必须能很好地控制花卉生长及花期，保证送出花卉的时间、数量和品质等。不能以天气或季节为借口，否则便会失去市场，失去竞争力[1]。许多花卉品种，尤其是名贵花卉，对环境的要求非常苛刻，这就要求我们能够对温室环境进行监测调控，以达到花卉生长最佳最佳条件。温度和光照是花卉生长环境中最重要的两个环境变量，和植物的光合作用，呼吸作用密切相关。温室的作用就是使植物达到符合光合作用和呼吸作用的最佳组合点。现在我们很多的温室花卉产地并没有很好的调节温度和光照的系统，只是用简易的大棚来保障花卉的生长，而不同季节和天气条件下，花卉并不能保证在最佳的环境下生长。在温室中控制好光照和温度，对生产优质的花卉产品，打破花卉生长的季节限制，发展壮大花卉产业有着巨大的影响[2]
1.2研究意义
1.2.1光照和温度参量
光照参量：
光照强度通过影响植物的光合作用来影响植物的生长，因此光照强度与花卉的生长密切相关。植物通过光合作用储存能量促使植物生长，光合作用分光反应和碳反应，前者提供后者所需的ATP以及NADPH（还原性氢），为碳反应原料。后者利用CO2合成有机物。光照是光合作用基本条件，直接影响作物的光合作用效率。光照的时间越长，光反应发生的时间就越长，光反应主要提供碳反应ATP以及NADPH，那么在CO2越多的情况下，光合作用就会越多。光照时间短，碳反应虽然可以在无光的条件下反应，但是由于ATP以及NADPH生成不足，最终导致的结果是碳反应也无法发生。光照是光合作用基本条件，直接影响作物的光合作用效率。不同的作物对光照的强弱需求不同，阳生植物在光强不足时生长不良，不利产量的提高，在一定的范围内，光照越强，植物光合作用越多；阴生植物在光强太弱不利生长，但是光强太强甚至有伤害作用。光照强度影响光合作用见图1.1。
图1.1 光照强度和光合速度联系图
图1.1中，低光强区，光合速率随光强的增强而呈比例地增加(比例阶段，直线A)；当超过一定光强，光合速率增加就会转慢(曲线B)；当达到某一光强时，光合速率就不再增加，而呈现光饱和现象。以后的阶段称饱和阶段(直线C)。比例阶段中主要是光强制约着光合速率，而饱和阶段中CO2扩散和固定速率是主要限制因素。
温度参量：
任何植物都是生活在具有一定温度的外界环境中并受着温度变化的影响。首先，植物的生理活动、生化反应，都必须在一定的温度条件下才能进行。在一定范围内，温度升高，呼吸作用和光合作用也随之增强，而超过一定范围后，温度影响各个作用的酶活性开始下降甚至失去活性，呼吸作用和光合作用开始减弱；当温度低于一定温度范围时，生长缓慢，以呼吸作用为主，则消耗更多的储存的能量，植物的生长缓慢甚至停止，温度过高时，会出现呼吸作用大于光合作用的情况，则植物不生长，更高的温度会使植物死亡。其次温度的变化能引起环境中其它因子如湿度、降水、风、水中氧的溶解度等的变化，而环境诸因子的综合作用，又能影响植物的生长发育、作物的产量和质量。光合作用图见图1.2。
图1.2 光合作用和呼吸作用随温度变化原理图
温度通过影响植物中各个化学和物理反应的酶来影响植物的生长，植物中光合作用生产和储存物质能两，呼吸作用消耗物质能量。在一定范围内，光合作用随着温度的升高而增强，达到一定温度后，如图1.2中t2的t3，光合作用中酶的活性开始减弱，从而使植物的光合作用也减弱。在一般情况下，呼吸作用随着温度的提高而增强。地球上各地带的植物需要的最适温度的范围是不同的，热带植物的最适宜生长温度比温带植物的最适宜生长温度要高，温度植物的最适宜生长温度比寒带极地植物的最适宜生长温度高。
1.2.2课题研究意义
对花卉的生长而言，对花房温室中花卉生长环境参数的监测。可以有效地掌握花房温室中温度和光照具体数字，通过合理地调节，创造出一个最合适花卉生长的条件，生产处优质的花卉。同时可以分析数据，对特殊的花卉生长进行研究分析，促进培育不同的花卉品种。
对花卉产业而言，有了花卉花房的无线监控系统的保证，打破地域和季节生长的限制，如在冬天培育出玫瑰花，在温带培育出热带才能种植生长的花朵。在市场供求的条件下，保证花卉的产出和效益，极大地促进花卉产业的发展。
所以，花房花卉的无线监控系统的研发，结合各种控制调节装置，能调节花房中环境参量，给花卉提供一个良好的生长环境。最大限度地提高种植效益，减少花卉的生长周期，生产处更优的花卉。在大型产业化生产的花卉温室中，无线监控系统带来便捷性和直观性更为突出。
1.3国内外研究现状
1.3.1国外花卉温室监控
发达国家在花卉温室监控领域起步早。从上世纪70年代开始，随着电子技术的进步和硬件设施的发展，美国、荷兰等花卉大国在花卉温室的建设，室内栽培技术，生产集成和操作技术方面都有很大的发展和创新。花卉产品种类的多样化和工厂流程化的生产，促进监控技术的发展。从开始阶段单独控制温室内的环境参数到后来综合监控多种环境参数，进行精确的数据处理,运用传感技术和计算机技术组成成监控网络。进入21世纪，国外的温室监控技术进一步发展，机械化农业的推广和智能化农业的发展，利用更高科技和密集型，如日本利用机器人来进行温室内的操作管理。随之物联网的发展，国外的温室监控已经实现了高度的自动化和智能化，在温室内构建不同的生态环境，如荷兰利用计算机控制系统，检测温室内不同传感器所测量的环境参数，根据要求制造花卉不同的生长环境，在温室内控制光照，温度，CO2浓度，可以实现在冬天季节模拟春夏环境的功能。
1.3.2国内花卉温室监控
中国的温室大棚在古代就应用于种植业，上世界90年代是温室各方面技术快速发展的阶段，从最开始的人员手动监控温室慢慢发展到如今用高科技产品进行花卉温室的检控，过渡到自动化和智能时代，单片机的应用和发展使得温室监控行业快速发展。国内监控的几种方案如下：
1. 利用工业采集仪器设备采集环境中的参量，把采集的数据运用移动网进行传输，以计算机为控制中心，在数据终端服务器和监控中心显示数据和图像，这种方案采集的数据点多，对设备和网络要求高，因此成本比较高。
2. DCS控制，智能化设备数据的采集,有着高可靠性，协调性和易于维护的优点。但是它的组网功能和控制功能不是很强，而且成本也很高
3. 用各类单片机进行控制，如AVR，51单片机等，成本相对简单，设计方式简单，根据不同的数据处理要求选择不同的单片机，且方案设计灵活
1.4论文组成
第一章 绪论。主要介绍了温室监控的研究背景，研究温度和光照对花卉生长的
影响，课题研究的意义和论文的框架组成。
第二章 系统硬件的设计说明。重点分析了设计的流程思路，51最小系统，光照温度采集模块和数码管显示模块。与后文软件设计一起组成设计的主要内容。
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