温室监控系统的设计与实现
温室监控系统的设计与实现[20200410140512]
摘要
本设计是实现基于单片机的温室环境远程多点监控系统，选取多个DHT11温湿度传感器通过星型连接作为数据采集终端，以STC89C52RC单片机为前端控制器将采集到的温度和湿度通过串口传给上位机，上位机则采用Visual Basic编写人机界面。PC机为远程监控机，可对采集到的数据进行实时远程监测并可以调节温湿度上下限值。当温度或湿度超过或低于系统所设定的上下限值时会自动报警，自动调节光照强度及通风口大小，达到了温室监控系统的目的，促进农作物的生长，从而提高温室大棚的产量，带来更好地经济效益和社会效益。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:温湿度传感器前端控制器自动报警自动调节
目 录
1. 引言 1
1.1 课题背景 1
1.2国外温室监控系统的研究状况 1
1.3国内温室监控系统的研究状况 1
1.4 存在的问题 2
1.5 发展方向 2
2. 系统硬件电路的分析与设计 4
2.1 整体系统设计方案 4
2.2 系统硬件的选择 4
2.2.1 温湿度传感器的选择 4
2.2.2 单片机的选择 6
2.3 温湿度检测电路设计 7
2.4 蜂鸣器电路设计 8
2.5 LED报警电路设计 9
3. 系统软件的分析与设计 10
3.1 整体软件设计方案 10
3.2 上位机软件设计 10
3.2.1 系统人机界面设计 10
3.2.2 控件MSComm的初始化 11
3.2.3 上位机报警程序设计 12
3.3 下位机软件设计 14
3.3.1 温湿度检测程序设计 14
3.3.2 下位机发送与接收数据的软件设计 16
3.3.3 下位机报警程序的设计 17
4. 通信设计 19
4.1 单片机与传感器之间的通信 19
4.1.1 传感器通信时序 19
4.1.2 通信程序设计 20
4.2 单片机与上位机之间的串口通信 21
4.2.1 控件MSComm属性 21
4.2.2 上位机串口通信设计 22
5. 集成系统调试 24
5.1 硬件电路调试 24
5.2 软件调试 24
5.3 系统调试 24
5.3.1 湿度过高报警 26
5.3.2 湿度过低报警 27
5.3.3 温度过低报警 28
5.3.4 温度过高报警 29
总结 30
参考文献 31
附录 32
致谢 41
1.引言
1.1 课题背景
近年来，随着科技的不断发展，温室大棚化栽种等农业生产技能普遍运用，利用计算机技术采集确切的环境参数，其一可随时掌握环境参数，其二也可按照采集的参数来监控大棚环境，使农作物生长在舒适的环境中。
温室远程监控系统是由下位机部分来采集、发送环境监测因子的，包含温度、湿度等环境参数，这些监测因子由下位机根据不同因数采用不同的方式进行测量，该数据经过处理转换后通过串口通信向上位机传输数据，由上位机来实现数据的接收、处理、统计显示并提供实时数据查询等任务，当温湿度高于或着低于设定值的时候，自动开启或者关闭指定设备。整个系统可实现：安全、可靠、实时、准确、全面、高效地将切实的温室大棚环境讯息显示在管理人员的眼前。
1.2 国外温室监控系统的研究状况
20世纪70年代，温室生产在欧美发达国家迅速发展，因限于科技水平，只能对温度、湿度、光照和二氧化碳浓度等因子进行单因子控制的方式；20世纪80年代已经掌握了通过计算机来控制的多因素综合控制方法；到了20世纪90年代，在多因子环境控制中，结合了模糊控制等先进技术。目前发达国家可以按照农作物的生长需求和其自身特点，对温室大棚内光照、温度、湿度、肥料浓度等多因素进行自动调控。荷兰和美国还利用温度管理控制技术，对花卉、果蔬等产品的开花期和成熟期进行控制，生产出反季节产品以满足市场的需求[1]。
此外，国外温室的管理与控制中已开始使用网络技术、遥测技术、控制局域网技术。远程控制是能在远离温室的地方用计算机就能完成对其控制，该网络还配备几个通讯平台，用户可以通过直观的人机界面远程与分布式的控制系统对话，就像亲临现场实际操作一样[2]。
1.3 国内温室监控系统的研究状况
中国是一个农业大国，有着悠久的历史，温室栽培早在两千多年前就已经出现。20世纪30年代，我国就已经使用“日光温室”生产蔬果，但由于技术水平有限，冬季温室内的光热环境只能生长耐寒的植物，而对温度敏感的果菜则不宜生长。
在20世纪70年代前，我国温室栽培一向都是靠人工经验进行管理的，而后从国外引进了一批先进的温室环境控制设备；20世纪90年代初期，中国农业科学院研究开发了温室控制管理系统，并开发了基于Windows操作系统的控制管理软件；直到90年代中后期，江苏理工大学研究开发了温室软硬件控制系统，它能针对多因素进行综合性控制，是目前国内自产温室计算机控制管理系统较为典型的研究成果；20世纪90年代末，北京农业大学研发成功“WJG-1”温室环境监控计算机管理系统，采用了分布式控制系统[3]。
1.4 存在的问题
1)、国内温室控制系统主要是控制单个温室；
2）、通讯主要有RC232总线以及CAN总线等有线方式；
3)、缺少针对农业知识的上位机管理系统；
4)、设施水平低下，抵御自然灾害的能力差，建筑材料大多还是钢材和玻璃；
5)、机械化水平低下，调控能力差，主要依靠人力、经验和单因子定性调控；
6)、温室单因子监控精度和稳定度还不高。
1.5 发展方向
精确农业技术，它是一种适用于以农业知识为基础的农业微观管理系统，包括温室在内，它能进行空间差异的数据采集与处理，核心是因地制宜确定作物的投入量，因此精确农业技术是信息技术发展的产物，也是未来现代温室控制技术发展的趋势。
智能化温室是在可持续发展战略指导下开辟的农业新方向。就作物产量角度而言，它大大提升了单位面积生产量；从保护环境角度来看，它不仅产出新鲜的瓜果蔬菜，而且因为准确控制肥料的用量，也减少了对土壤和地下水的污染。将农业专家知识系统应用于温室的实时监控与自动调控技术无疑是温室发展的新亮点，也是温室控制技术发展的大势所趋，其有非常大的发展潜力和应用空间，对农民的实际生产有很重要的指导意义与帮助[3]。
2.系统硬件电路的分析与设计
2.1 整体系统设计方案
温室监控系统原理框图如图2-1所示，由一个单片机对多个数字温湿度传感器控制，采用根据温湿度传感器通讯时序的方法，来采集温室环境里的温湿度数据，将数据上传到上位机后处理、显示。当温湿度数值超过或低于设定值时，单片机驱动报警指示装置，实现现场报警功能[4]。
2.2 系统硬件的选择
2.2.1 温湿度传感器的选择
DHT11是数字信号输出的数字温湿度传感器，它采用专门的数字模块采集数据，不需要另外再加数模转换，此传感器包含一电阻式感湿元器件和一NTC测温元器件，并与一个高性能的8位单片机连接[5]。每一个DHT11传感器的校验都是在极其精准的湿度校验室中进行，校验系数以程序的形式保存在OTP内存中，以备将来检测传感器内部型号的处理过程中调用这些校验系数。此传感器拥有卓越的优点，体积小、功耗低、响应速度快、抗干扰能力强、性价比高等，所以本设计中采用该温湿度传感器。单总线串行接口，很容易且能快速的进行系统集成，供电电压为3.5V-5.5V ，由于是4针单排引脚封装，连接比较方便，规格如图2-2。
摘要
本设计是实现基于单片机的温室环境远程多点监控系统，选取多个DHT11温湿度传感器通过星型连接作为数据采集终端，以STC89C52RC单片机为前端控制器将采集到的温度和湿度通过串口传给上位机，上位机则采用Visual Basic编写人机界面。PC机为远程监控机，可对采集到的数据进行实时远程监测并可以调节温湿度上下限值。当温度或湿度超过或低于系统所设定的上下限值时会自动报警，自动调节光照强度及通风口大小，达到了温室监控系统的目的，促进农作物的生长，从而提高温室大棚的产量，带来更好地经济效益和社会效益。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:温湿度传感器前端控制器自动报警自动调节
目 录
1. 引言 1
1.1 课题背景 1
1.2国外温室监控系统的研究状况 1
1.3国内温室监控系统的研究状况 1
1.4 存在的问题 2
1.5 发展方向 2
2. 系统硬件电路的分析与设计 4
2.1 整体系统设计方案 4
2.2 系统硬件的选择 4
2.2.1 温湿度传感器的选择 4
2.2.2 单片机的选择 6
2.3 温湿度检测电路设计 7
2.4 蜂鸣器电路设计 8
2.5 LED报警电路设计 9
3. 系统软件的分析与设计 10
3.1 整体软件设计方案 10
3.2 上位机软件设计 10
3.2.1 系统人机界面设计 10
3.2.2 控件MSComm的初始化 11
3.2.3 上位机报警程序设计 12
3.3 下位机软件设计 14
3.3.1 温湿度检测程序设计 14
3.3.2 下位机发送与接收数据的软件设计 16
3.3.3 下位机报警程序的设计 17
4. 通信设计 19
4.1 单片机与传感器之间的通信 19
4.1.1 传感器通信时序 19
4.1.2 通信程序设计 20
4.2 单片机与上位机之间的串口通信 21
4.2.1 控件MSComm属性 21
4.2.2 上位机串口通信设计 22
5. 集成系统调试 24
5.1 硬件电路调试 24
5.2 软件调试 24
5.3 系统调试 24
5.3.1 湿度过高报警 26
5.3.2 湿度过低报警 27
5.3.3 温度过低报警 28
5.3.4 温度过高报警 29
总结 30
参考文献 31
附录 32
致谢 41
1.引言
1.1 课题背景
近年来，随着科技的不断发展，温室大棚化栽种等农业生产技能普遍运用，利用计算机技术采集确切的环境参数，其一可随时掌握环境参数，其二也可按照采集的参数来监控大棚环境，使农作物生长在舒适的环境中。
温室远程监控系统是由下位机部分来采集、发送环境监测因子的，包含温度、湿度等环境参数，这些监测因子由下位机根据不同因数采用不同的方式进行测量，该数据经过处理转换后通过串口通信向上位机传输数据，由上位机来实现数据的接收、处理、统计显示并提供实时数据查询等任务，当温湿度高于或着低于设定值的时候，自动开启或者关闭指定设备。整个系统可实现：安全、可靠、实时、准确、全面、高效地将切实的温室大棚环境讯息显示在管理人员的眼前。
1.2 国外温室监控系统的研究状况
20世纪70年代，温室生产在欧美发达国家迅速发展，因限于科技水平，只能对温度、湿度、光照和二氧化碳浓度等因子进行单因子控制的方式；20世纪80年代已经掌握了通过计算机来控制的多因素综合控制方法；到了20世纪90年代，在多因子环境控制中，结合了模糊控制等先进技术。目前发达国家可以按照农作物的生长需求和其自身特点，对温室大棚内光照、温度、湿度、肥料浓度等多因素进行自动调控。荷兰和美国还利用温度管理控制技术，对花卉、果蔬等产品的开花期和成熟期进行控制，生产出反季节产品以满足市场的需求[1]。
此外，国外温室的管理与控制中已开始使用网络技术、遥测技术、控制局域网技术。远程控制是能在远离温室的地方用计算机就能完成对其控制，该网络还配备几个通讯平台，用户可以通过直观的人机界面远程与分布式的控制系统对话，就像亲临现场实际操作一样[2]。
1.3 国内温室监控系统的研究状况
中国是一个农业大国，有着悠久的历史，温室栽培早在两千多年前就已经出现。20世纪30年代，我国就已经使用“日光温室”生产蔬果，但由于技术水平有限，冬季温室内的光热环境只能生长耐寒的植物，而对温度敏感的果菜则不宜生长。
在20世纪70年代前，我国温室栽培一向都是靠人工经验进行管理的，而后从国外引进了一批先进的温室环境控制设备；20世纪90年代初期，中国农业科学院研究开发了温室控制管理系统，并开发了基于Windows操作系统的控制管理软件；直到90年代中后期，江苏理工大学研究开发了温室软硬件控制系统，它能针对多因素进行综合性控制，是目前国内自产温室计算机控制管理系统较为典型的研究成果；20世纪90年代末，北京农业大学研发成功“WJG-1”温室环境监控计算机管理系统，采用了分布式控制系统[3]。
1.4 存在的问题
1)、国内温室控制系统主要是控制单个温室；
2）、通讯主要有RC232总线以及CAN总线等有线方式；
3)、缺少针对农业知识的上位机管理系统；
4)、设施水平低下，抵御自然灾害的能力差，建筑材料大多还是钢材和玻璃；
5)、机械化水平低下，调控能力差，主要依靠人力、经验和单因子定性调控；
6)、温室单因子监控精度和稳定度还不高。
1.5 发展方向
精确农业技术，它是一种适用于以农业知识为基础的农业微观管理系统，包括温室在内，它能进行空间差异的数据采集与处理，核心是因地制宜确定作物的投入量，因此精确农业技术是信息技术发展的产物，也是未来现代温室控制技术发展的趋势。
智能化温室是在可持续发展战略指导下开辟的农业新方向。就作物产量角度而言，它大大提升了单位面积生产量；从保护环境角度来看，它不仅产出新鲜的瓜果蔬菜，而且因为准确控制肥料的用量，也减少了对土壤和地下水的污染。将农业专家知识系统应用于温室的实时监控与自动调控技术无疑是温室发展的新亮点，也是温室控制技术发展的大势所趋，其有非常大的发展潜力和应用空间，对农民的实际生产有很重要的指导意义与帮助[3]。
2.系统硬件电路的分析与设计
2.1 整体系统设计方案
温室监控系统原理框图如图2-1所示，由一个单片机对多个数字温湿度传感器控制，采用根据温湿度传感器通讯时序的方法，来采集温室环境里的温湿度数据，将数据上传到上位机后处理、显示。当温湿度数值超过或低于设定值时，单片机驱动报警指示装置，实现现场报警功能[4]。
2.2 系统硬件的选择
2.2.1 温湿度传感器的选择
DHT11是数字信号输出的数字温湿度传感器，它采用专门的数字模块采集数据，不需要另外再加数模转换，此传感器包含一电阻式感湿元器件和一NTC测温元器件，并与一个高性能的8位单片机连接[5]。每一个DHT11传感器的校验都是在极其精准的湿度校验室中进行，校验系数以程序的形式保存在OTP内存中，以备将来检测传感器内部型号的处理过程中调用这些校验系数。此传感器拥有卓越的优点，体积小、功耗低、响应速度快、抗干扰能力强、性价比高等，所以本设计中采用该温湿度传感器。单总线串行接口，很容易且能快速的进行系统集成，供电电压为3.5V-5.5V ，由于是4针单排引脚封装，连接比较方便，规格如图2-2。
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