温室植物生长环境参数自动检测系统的硬件设计(附件)
温室大棚内植物生长状态的好与坏和温室的各项环境要素密切相关，当植物生长在适宜的条件下，如温度、湿度、CO2浓度、光照、养分等适中时，能够使植物品质优良，产量增加。因此，对温室内影响植物生长的关键环境要素进行智能调控是十分有必要的。而传统的人为调控则不光费时费力，效率低，而且随机巧合性较大。因此就需要一种造价低廉、使用方便且测量精确的温室植物生长环境参数自动检测系统。本文设计了一套基于STC89C52单片机、DHT11温湿度传感器、LCD1602液晶显示屏以及报警模块和NRF24L01无线数传模块的检测装置，使用方便，而且准确耐用。LCD1602液晶显示器能够分两行显示数据，第一行显示光线强弱，第二行显示温度和湿度，MCU可将显示在液晶屏LCD1602上的数据与设定值进行比较，如果超出设定的上下限，将进行报警处理并启动对应的执行设备进行调控。此外，还可通过独立式键盘对设定的光照、温湿度进行上下限的修改。关键词 温室调控，STC89C52，DHT11，LCD1602，报警，NRF24L01
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的来源与研究意义 1
1.2 国内外温室检测技术的研究现状 1
1.3 查阅资料对本设计研究的启发 2
2 系统总体方案设计 3
2.1 系统的设计任务 3
2.2 系统的设计思路 3
2.3 系统的方案选择 4
2.4 系统总体设计框图 7
3 系统硬件设计 8
3.1 总体概述 8
3.2 系统硬件主机模块设计 8
3.3 系统硬件从机模块设计 20
4 系统软件概述 23
5 系统分析与调试 26
结论 29
致谢 30
参考文献 31
附录A 系统总体原理图 33
A1 系统主机模块原理图 33
A2 系统从机模块原理图 34
附录B 系统实物图 35
1 绪论
1.1 课题的来源与研究意义
随着现代高科技的快速发展，人民的生活水平发生了很大 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
变化。同时，信息技术的发展也推动了农业体制的重大改革。设施种植技术是农业领域的一项重要技术，它是在各种现代技术的推动下发展起来的。设施种植技术又称工厂化种植术[1,2]，是农业现代化发展的必然趋势。它是传统种植技术向现代密集种植技术转化的有效途径，对农业生产的可持续发展具有深远的意义。
作为农业生产的新技术，设施种植技术给农民带来了更大的效益，并且对植物生长过程中的环境调控提出了更高的要求，实现植物种植环境调控的重要依据是现代化智能温室的普及和广泛使用。现代温室是一个智能控制系统[3]，它集成了农业科学，信息科学，管理科学和控制科学等专业学科知识，并在温室内自动监测和调控各种环境因素，使室内作物能够以其最适宜的条件成长和发育。近年来，随着植物产业环境智能控制技术的不断发展，温室植物生长环境调控的研究成果取得突破性进展。先进的温室植物生长环境参数自动检测系统可根据作物生长的实际需要调整相应的环境因子，使植物生长不会受地域和季节的限制，提高种植的灵活性，土地资源利用率和单区土地的产出率得到增加[4,5]。所以，开展温室植物生长环境参数自动检测技术的研究具有重要意义。
针对现代化小型智能温室，本文设计了一种温室植物生长环境参数自动检测系统，能够实时监测室内多项关键环境要素，主要包括：温度、湿度、光照、CO2浓度,并可根据预先设定发出报警及调控信号。
1.2 国内外温室检测技术的研究现状
温室植物生长状况与温室环境各因素息息相关。在花卉栽培或蔬菜种植的过程中，为了使植物按照预期的趋势生长，我们可以调控温室环境各因素以达到目的。多年以来，国内外专家对这些领域已经进行了大量的研究。
在温度与湿度的调控方面，保证温室内温湿度平衡一直是各个国家设施农业领域的重要研究方向。在冬季温室水分保育方面，目前国外农业设施较好的国家根据自身的气候特点制定了相应的温室增温策略。荷兰、英国和其他北欧国家由于寒冷的气候，大多使用了玻璃温室，并配备了相应的加湿设备；根据国外的经验，中国设计了一个适合中国北方地区的日光温室，具有良好保温隔热和投资成本低的特点[6,7]。在夏季，自然通风是控制温室温湿度最常用的传统调节方法,DeJong[8]和Kitas[9]等专家曾利用示踪气体技术研究了大型温室的通风速率。
在CO2补施应用方面，国外对CO2气体肥料的研究比国内较早[10]。1920年，德国首次提出了“碳酸气肥法”；到了20世纪70年代，CO2补施技术的研究在国外形成了一个热潮，如美国、荷兰、英国、日本、挪威、丹麦等国家的温室生产，都采用了这项技术。目前，二氧化碳补施技术在国外几个发达国家的应用已变得相当普遍。日本使用CO2气体肥料主要集中在甜瓜、黄瓜、番茄、甜椒等水果和蔬菜上。美国的二氧化碳补充主要集中于早春温室作物[1115]。国内对CO2气肥的研究始于20世纪70年代，1975年用CO2施肥研究了黄瓜和芹菜的生理变化过程。之后，赵文华、刘保才、于国华、魏珉[15]等专业人士也研究了CO2补施在温室蔬菜栽培中的作用。
在人工补光方面，世界上最先进的国家是美国、荷兰、日本等国家。早在20世纪60年代，美国就开始研制一种由不同波长的光组成的植物生长灯，以此用在研究西红柿和豆类的生产。这些灯有冷白光灯、GroLux灯、IRIII灯、78/22灯等等[16,17]。1990年起，对温室植物补光益处的研究也开始在中国流行起来。在番茄、黄瓜苗的育苗前期，王羽梅采用BR农用荧光灯对其进行人工补充光源，并取得了显著的效果[18]。
在植物水分和养分补充方面，国内外温室目前主要通过灌溉来提供水分给植物。温室植物的灌溉方法多种多样，主要包括微喷灌、滴灌、喷灌和自走式灌溉机等。与传统的田间灌溉方法相比，这些灌溉方法具有针对性强、灌溉精确、节水节能等显著优点。在温室植物中进行高效、经济的灌溉和施肥以达到精准农业对其要求，由此国内外研究者开始重视起了一种名为“水肥一体化”的技术[19]。
总而言之，随着设施农业技术研究的不断加深，在未来，温室植物生长环境参数自动检测系统将向人们提出更高的要求，并且朝着更加智能、准确、节能的方向发展。所以，对温室环境控制技术的研究将是未来设施农业发展的一项任重而道远的任务[20]。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的来源与研究意义 1
1.2 国内外温室检测技术的研究现状 1
1.3 查阅资料对本设计研究的启发 2
2 系统总体方案设计 3
2.1 系统的设计任务 3
2.2 系统的设计思路 3
2.3 系统的方案选择 4
2.4 系统总体设计框图 7
3 系统硬件设计 8
3.1 总体概述 8
3.2 系统硬件主机模块设计 8
3.3 系统硬件从机模块设计 20
4 系统软件概述 23
5 系统分析与调试 26
结论 29
致谢 30
参考文献 31
附录A 系统总体原理图 33
A1 系统主机模块原理图 33
A2 系统从机模块原理图 34
附录B 系统实物图 35
1 绪论
1.1 课题的来源与研究意义
随着现代高科技的快速发展，人民的生活水平发生了很大 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
变化。同时，信息技术的发展也推动了农业体制的重大改革。设施种植技术是农业领域的一项重要技术，它是在各种现代技术的推动下发展起来的。设施种植技术又称工厂化种植术[1,2]，是农业现代化发展的必然趋势。它是传统种植技术向现代密集种植技术转化的有效途径，对农业生产的可持续发展具有深远的意义。
作为农业生产的新技术，设施种植技术给农民带来了更大的效益，并且对植物生长过程中的环境调控提出了更高的要求，实现植物种植环境调控的重要依据是现代化智能温室的普及和广泛使用。现代温室是一个智能控制系统[3]，它集成了农业科学，信息科学，管理科学和控制科学等专业学科知识，并在温室内自动监测和调控各种环境因素，使室内作物能够以其最适宜的条件成长和发育。近年来，随着植物产业环境智能控制技术的不断发展，温室植物生长环境调控的研究成果取得突破性进展。先进的温室植物生长环境参数自动检测系统可根据作物生长的实际需要调整相应的环境因子，使植物生长不会受地域和季节的限制，提高种植的灵活性，土地资源利用率和单区土地的产出率得到增加[4,5]。所以，开展温室植物生长环境参数自动检测技术的研究具有重要意义。
针对现代化小型智能温室，本文设计了一种温室植物生长环境参数自动检测系统，能够实时监测室内多项关键环境要素，主要包括：温度、湿度、光照、CO2浓度,并可根据预先设定发出报警及调控信号。
1.2 国内外温室检测技术的研究现状
温室植物生长状况与温室环境各因素息息相关。在花卉栽培或蔬菜种植的过程中，为了使植物按照预期的趋势生长，我们可以调控温室环境各因素以达到目的。多年以来，国内外专家对这些领域已经进行了大量的研究。
在温度与湿度的调控方面，保证温室内温湿度平衡一直是各个国家设施农业领域的重要研究方向。在冬季温室水分保育方面，目前国外农业设施较好的国家根据自身的气候特点制定了相应的温室增温策略。荷兰、英国和其他北欧国家由于寒冷的气候，大多使用了玻璃温室，并配备了相应的加湿设备；根据国外的经验，中国设计了一个适合中国北方地区的日光温室，具有良好保温隔热和投资成本低的特点[6,7]。在夏季，自然通风是控制温室温湿度最常用的传统调节方法,DeJong[8]和Kitas[9]等专家曾利用示踪气体技术研究了大型温室的通风速率。
在CO2补施应用方面，国外对CO2气体肥料的研究比国内较早[10]。1920年，德国首次提出了“碳酸气肥法”；到了20世纪70年代，CO2补施技术的研究在国外形成了一个热潮，如美国、荷兰、英国、日本、挪威、丹麦等国家的温室生产，都采用了这项技术。目前，二氧化碳补施技术在国外几个发达国家的应用已变得相当普遍。日本使用CO2气体肥料主要集中在甜瓜、黄瓜、番茄、甜椒等水果和蔬菜上。美国的二氧化碳补充主要集中于早春温室作物[1115]。国内对CO2气肥的研究始于20世纪70年代，1975年用CO2施肥研究了黄瓜和芹菜的生理变化过程。之后，赵文华、刘保才、于国华、魏珉[15]等专业人士也研究了CO2补施在温室蔬菜栽培中的作用。
在人工补光方面，世界上最先进的国家是美国、荷兰、日本等国家。早在20世纪60年代，美国就开始研制一种由不同波长的光组成的植物生长灯，以此用在研究西红柿和豆类的生产。这些灯有冷白光灯、GroLux灯、IRIII灯、78/22灯等等[16,17]。1990年起，对温室植物补光益处的研究也开始在中国流行起来。在番茄、黄瓜苗的育苗前期，王羽梅采用BR农用荧光灯对其进行人工补充光源，并取得了显著的效果[18]。
在植物水分和养分补充方面，国内外温室目前主要通过灌溉来提供水分给植物。温室植物的灌溉方法多种多样，主要包括微喷灌、滴灌、喷灌和自走式灌溉机等。与传统的田间灌溉方法相比，这些灌溉方法具有针对性强、灌溉精确、节水节能等显著优点。在温室植物中进行高效、经济的灌溉和施肥以达到精准农业对其要求，由此国内外研究者开始重视起了一种名为“水肥一体化”的技术[19]。
总而言之，随着设施农业技术研究的不断加深，在未来，温室植物生长环境参数自动检测系统将向人们提出更高的要求，并且朝着更加智能、准确、节能的方向发展。所以，对温室环境控制技术的研究将是未来设施农业发展的一项任重而道远的任务[20]。
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