【《基于单片机的现代温室大棚智能控制系统设计》11000字（论文）】.docx

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1、基于单片机的现代温室大棚智能控制系统设计摘要本设计基于STM32温室大棚系统的设计与实现，以STM32单片机为控制核心，通过温湿度传感器、二氧化碳传感器、光照传感器、蓝牙模块、继电器等模块所组成的系统,可以实时检测大棚温湿度、二氧化碳浓度、光照强度等数据，并将其通过蓝牙模块发送至手机APP实时显示。通过手机上的APP可以实现对土壤浇水的继电器、调节室内空气的风扇的继电器和灯光补光的继电器进行实时控制。利用单片机技术对周围环境监测采集的数据进行处理以实现对现代温室大棚内各项参数的自动化控制，体现了其具有深远的意义和实际应用价值。关键词：STM32；温湿度传感器；APP；调控系统；环境监测目录第一

2、章绪论11.1 课题研究背景与意义11.2 温室大棚系统的发展11.2.1 国外温室大棚发展现状及趋势11.2.2 国内温室大棚发展现状及趋势21.3 主要研究内容3第二章方案设计42.1 系统需求分析42.2 系统功能设计42.2.1 大棚数据样本采集42.2.2 环境参数的测定与调控52.3 系统设计原则52.4 总体方案设计5第三章温室大棚系统硬件设计73.1 单片机的选用及介绍73.2 温湿度检测电路设计83.3 光照检测电路设计83.4 继电器控制电路设计93.5 二氧化碳浓度检测电路设计93.6 蓝牙通信电路设计10第四章温室大棚系统软件设计114.1 设计思路114.2 编译环境

3、及语言114.3 总体流程设计124.4 手机APP设计124.4.1 系统开发流程134.4.2 系统操作流程设计13第五章调试及分析145.1 硬件调试145.2 软件调试145.3 整体调试15第六章总结与展望16参考文献17附录18第一章绪论1.1 课题研究背景与意义现如今，社会的发展速度愈来愈迅捷，无论是人们的人均收入还是总体经济水平与以前相比，皆得到了阶跃式的上升,，在这种背景下，人们对各项食品提出了更加严苛的要求。而且一些当季的农产品，已经无法与人们日渐多元化的需求相吻合，这意味着人们对产品的品质要求比以前更高。为了解决这项难题，需要强化产品的供应力度，使得产品的质量可以得到有力

4、的保障。站在智能温室大棚的角度来进行分析，这是解决问题时非常有效的一种方案，身为一类较为新颖的设施，可以对温湿度等影响因素进行控制，最终达到产量多、质量高的目标。不但如此，其亦能为作物提供十分理想的种植环境，令环境对作物生产时带来的不利影响可以有所降低，最终使其不会受到季节的限制，为整片市场源源不断的供给蔬菜。需要注意的是，以往较为普通的温室大棚有着不尽如人意之处，譬如说自动化的程度很差，而且调控能力不够出色，很多调节工作亟需工作者们手动进行，这很可能会带来一定的误差。为了解决这种弊病，可以充分的采用计算机与电子技术，将这些技术与农业知识融合起来，最终达到自动化、智能化的工作目标，使得种植过程

5、能够更加的科学化。以农业生产的角度来作为切入点，整个领域与我国的经济发展有着密不可分的联系，通过不到全球7%的耕地来对趋近全球22%的人口进行供应，其是否具备着较高的稳定性与社会发展息息相关。需要注明的是，在工业化等因素带来的影响下，各类污染现象层出不穷，一些耕地资源开始受到不利的影响。并且人口总数仍在不断缓慢增加，使得农作物生产行业受到了巨大的挑战。为了应对这项挑战，往往需要采用可行性较高的技术来解决问题。而温湿度等参数会对作物的生长带来明显的影响，在此次设计中，本人以STM32为基础，来完成一系列的处理工作，接着根据实验结果，令系统可以顺利的实现目标。1.2 温室大棚系统的发展1.2.1

6、国外温室大棚发展现状及趋势在持续发展的过程中，科技的水平正朝着更高的方向逐步迈进，与之相关的微型计算机技术得到了充分发挥的空间，在整个农业生产领域上效果显著。上个世纪末期，一些经济优渥、技术先进的发达国家，比如说美国等，便将研究的重心汇集到了基础设施农业环境的优化中，基于此，来通过较低的收入实现较高的产出。该国便采用了上文所述的微型计算机技术投入到了实践工作之中，历经了许多年的发展，其技术已经愈来愈完善，尤其是在温室种植技术方面有着得天独厚的优势。从上个世纪四十年代伊始，该国便创建出了全球第一座“人工气候温室”。能够对温度进行监控，而且被其他国家纷纷效仿。比如说，以色列等国家便以此为基础，决定

7、对“温室集控化生产”进行深入的研究，实现了温湿度等参数随着具体的情况来自动调节的目标，能够与自动化的控制需求相契合。将时间追溯至上个世纪的六十年代，在彼时，日本处于温室种植技术领域得到了显著的突破，朝着结构化以及大型化的方向不断的发展，而且在温室系统的研究结束以后，能够在实用性以及控制性方面都取得优异的成果。在上个世纪七十年代末期，该国设计出了以微型计算机作为基础的系统。对于各类不同的农作物而言，考虑到发育期间的差异，需要的条件也不会完全一致，该国针对生长最优条件予以控制，取得了良好的成果。在最近这些年以来，以色列也对温室大棚控制系统进行了剖析，学者们经过了夜以继日的研究之后，拟定出了一种将硬

8、件和软件糅合在一起使用的控制技术，其具备着较高的自动化特征,对于自身国家的农业发展带来了积极的作用。能够在24小时的状态投入到工作中，而且按照光照情况的差异，完成对天窗的自动调节，充分的运用了弥雾降温技术来进行调控，完成降温等工作，而且速度非常快，效率十分的出色。用在七十年代左右，不少西方国家在此领域进行了探索，这也使得基础设施农业发展被推向了高峰。在上个世纪八十年代，荷兰是全世界第一个研究大棚自动化控制系统的国家，伴随着研究进程的深入，最终构建了非常全面的控制系统，这项系统的重中之重便是能够实现人机交互的功能。在界面中，广大使用者们能够对相应的设备进行调节，基于此，来对涉及到的参数予以整改。

9、不但如此，还能够对控制器进行连接，完成参数的设置工作。在彼时，许多国家开始逐渐的构建基础农作物生长模型，与之相关的成果颇丰。进入到了九十年代以后，模型已经被大量的投入使用在了实践工程中。众所皆知，如今的互联网技术发展速度愈来愈迅猛，在这种趋势下，也能够应用到信息化系统之中。人们能够采用网络来进行访问，按照信息去判断具体的生长情况，并进行有力的控制。在构建模型以后便可对环境予以调控，使之更适合作物生长。1.2.2 国内温室大棚发展现状及趋势我国属于农业强国，而且从古至今在农业发展领域均有所建树，在古代，人们往往会采用刀耕火种的方式，在现代，温室大棚控制技术开始映入人们的眼帘。历经了数千年的发展，

10、我国在该领域取得成绩愈来愈优秀。对于温室大棚而言，不断的朝着自动化以及智能化的方向迈进。在正式的迈进了本世纪以后，与之相关的智能控制技术得到了充分的发挥，然而不少工作设备控制功能不够出色，工作稳定性亦不够理想，最终获取的控制效果较差，这些不良因素对技术发展带来了一定程度的阻滞。倘若不采用针对性的解决方案，令产量有所增加，那么最终会对我国的农业发展将会产生不容忽视的负面影响。在学者们的不断研究下，对技术进行改良，充分的运大棚技术，我国已经成为了全球规模最为宏大的温室大棚的发展中国家。当然，与一些科技强国相比，我国在此领域的发展还处于起始阶段，譬如说和德国进行对比，便稍显不足，需要继续进行追赶。在

11、一系列的生产过程中，有关的种植人员不能在第一时间了解到作物的生长情况，故而没有及时对潜藏的病变问题进行考察，使得生产销量不尽如人意，这对于行业发展而言并无益处。站在智能温室控制系统的角度上进行分析，实际上这项系统的应用率并不高，除了一些实力强劲的大规模公司可以采用，而规模较小的公司甚至是个体户，往往没有配备此系统，所以与发达国家进行对比还存在着亟待优化的地方，无论是技术性还是普及性均有不足。在这种背景下，更为深入的研究和发展温室大棚控制技术是刻不容缓的举措。1.3 主要研究内容在此次设计中，本人以STM32作为基础，针对各项参数进行控制并予以调节，并充分运用传感器，来对各种各样的数据予以采集。

12、上述的步骤完成以后，开始采用蓝牙模块来将各项数据发送至平台，接着通过手机对信息进行查询，最终根据控制相应的设备来对环境参数进行适当的调节。第二章方案设计2.1系统需求分析在我国，北方与南方存在着较为悬殊的温差，比如说，某些作物在北方可以顺利的生长，但是进入到南方以后，生长速度就会受到影响，这种温差因素对生长带来的影响非常大。在充分的运用了智能大棚以后，有助于令上述的问题得以缓解。不仅如此，针对智能大棚的发展，已经逐步的成为我国整个农业发展领域中不能缺少的部分。鉴于我国与发达国家相比，在此领域的发展时间比较靠后，所以需要更进一步的进行研究。采用相关的设备来对各项参数进行合理的调节，这有助于令付出

13、的人力成本予以下降，使得生产效率更上一层楼。一项优异的系统，必须要具备着较高的实用性，而且在人们进行操作的时候,复杂程度不能太高，唯有如此才能够被人们慢慢的接受，除此之外，还应该迅速的适应环境。在进行分析之后，本人作出了下述的几点总结：(1)温度因素：在此因素中，会对作物生长带来十分明显的影响，处于各不一致的时间段，来对温度予以调节，这对于作物的生长可以起到一定的积极作用。在此次设计中，整个系统对温度进行调节的时候，涵盖了通风、遮阳等形式。通常情况下，温度应该趋近16度，需要注意的是，少部分作物可能需要高于16度的温度，此时可以再次进行调节。(2)湿度因素：在此因素中，也会对作物生长带来十分明

14、显的影响，所以其对湿度的控制需达到较为精确的状态。常见的措施是通风。倘若需要加湿的话，可以通过控制浇水装置来完成。(3)二氧化碳浓度因素：对于这项因素而言，其与光合作用有着紧密的联系，当浓度达到较为适宜的状态时，会促进光合作用。在此我们可以通过通风变更浓度的方式来对作物的光合作用予以控制。(4)光照强度因素：在此次设计中，本人决定采用补光灯来对光照时间及强度进行补充，通过这种方式，令光照程度得以改变。2.2系统功能设计按照实际应用情况作为切入点，结合上文阐述的对系统的各项需求，在下文中，本人将对设计流程以及软件亟需实现的功能分别进行详细的介绍。2.2.1 大棚数据样本采集处于整个固定区域以内，

15、会存在着许多大棚需要在相同的时间段以内，进行数据测量与采集，需要注意的是，倘若根据某大棚的数据来作为该区域的数据，那么就意味着会带来明显的误差。如果仅仅倚仗工作者们手动采集的方式，就会令效率得不到保障，而且也会形成一定的误差。考虑到以上问题，针对许多大棚在相同的时间段以内进行数据采集,是势在必行的举措。2.2.2 环境参数的测定与调控（1）针对温湿度因素进行测定：这段测量过程尤为重要，这是因为该因素往往会对生物的生长起到不容忽视的影响力。（2）针对光照强度因素进行测定：从光合作用的角度来进行分析，这往往与“光”有着难以分割的关系，所以本因素带来的影响十分的关键。操作者们在采用相应器件之后对其进

16、行监测，接着对光照予以调控。（3）针对二氧化碳浓度因素进行测定：在该浓度达到较为理想的状态之后，对于促进光合作用会起到完全积极的作用，基于此，针对浓度进行控制便十分的重要。（4）针对大棚排风系统予以控制：这些因素会对上文所述的二氧化碳浓度等变化带来影响，故而需要对其进行有力的控制。2.3系统设计原则在此次设计中，旨在令系统具备着较高的实用性，而且操作便捷，具备着较高的可靠性，在下文中，本人将对主要的几项原则，分别进行介绍：（1）操作便捷：鉴于使用人群的差异，需要令最新使用的用户们能够在第一时间了解到操作方式，无需达到非常成熟的水平才能够对系统进行驾驭。为了能够令后续的扩展更加的便捷，需要附加一部分功能接口，这有助于令之后的维护压力得以降低