基于单片机的无线温室环境监测系统设计毕业设计(论文).doc
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1、本科毕业论文(设计)题 目:基于单片机的无线温室环境监测系统设计学 院: 仁济学院 专 业: 生物医学工程 学 号: 0919150037 姓 名: 指导老师: 职称: 助理研究员 成 绩: 温州医学院教务处制毕业设计(论文)诚信声明书本人承诺:在今后的毕业(设计)论文撰写过程中,将遵守学校有关规定,恪守学术规范,在指导老师指导下独立完成研究成果。本人在论文写作中参考的其他个人或集体的研究成果,将均在文中以明确方式标明。本人依法享有和承担由此论文而产生的权利和责任。声明人: (签字) 时间: 年 月 日 基于单片机的无线温室环境监测系统设计摘要:随着改革开放的发展,中国的现代化程度不断提高,中
2、国的农业的发展必然走现代化农业这条道路。我国是农业大国,随着国民经济的飞速发展,农业研究和应用越来越受到重视。现如今温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分,如何提高大棚温室作物的产量成为急需解决的问题。科学监控大棚内各项环境参数已成为现代农业发展的趋势。本设计运用STC89C52单片机、DHT11温湿度传感器、光敏电阻、nRF24L01无线通信模块设计了温度、湿度、光照信息采集显示系统,同时运用无线通信模块实现数据远距离传输。实现了温室大棚中温度、湿度、光照强度的监测。解决了温室大棚人工经验评判的误差大、反应周期长等问题。关键词:STC89C52单片机,nRF24L01无线通信模块,环境监
3、测监测 Environmental Monitoring System Based on Single-chip Wireless GreenhouseAbstract:With the development of reform, opening up, and modernization of Chinas increasingly, agriculture and modernization of Chinas agricultural development must go this road, along with the rapid development of the natio
4、nal economy, China is a agricultural country, agricultural research and the application of more and more attention, particularly greenhouse has become an important component of efficient agriculture. How to increase greenhouse greenhouse crop production become pressing problems, scientific monitorin
5、g and control in greenhouse environmental parameters has become the trend of the development of modern agriculture.This design uses STC89C52 MCU, DHT11, carbon dioxide sensor, temperature and humidity sensors nRF24L01 module wireless communication, design information capture and display of temperatu
6、re, humidity and carbon dioxide concentration data long-distance transmission system using wireless communication modules, Terminal through the PC display. In achieving greenhouse monitoring system of temperature, humidity, carbon dioxide concentration, solve greenhouse human experience issues such
7、as error, long reaction period of evaluation. Keywords:STC89C52 microcontroller,nRF24L01 radiocommunication,environmental monitoring 目录第1章 绪论61.1.1 课题背景61.1.2 选题的现实意义61.2 国内外的应用现状及趋势71.2.1 国外的研究现状71.2.2 国内的发展现状71.3 课题设计目标81.4论文主要内容8第2章 系统硬件部分设计92.1 总体设计方案92.2 电源电路的设计92.3 数据采集部分设计102.3.1 温湿度模块设计102.3
8、.2 光照强度模块元器件选择及电路设计112.6液晶显示模块142.7 PROTEL99制版153.1 系统总流程图173.2 数据采集及无线传输流程图183.3 液晶显示流程图22第4章 系统调试结果234.1 实物调试234.2 数据采集结果24第5章 结论与展望255.1 结论255.2 不足之处和展望25参考文献26致谢27第一章 绪论1.1 选题背景及意义 随着现代科学技术的发展,人们在生活中越来越需要利用科学技术来服务于自己和解放自己。当然农业也不例外,而农业是高度依赖环境的,所以要实现农业的高产出,我们就得对农作物的生产条件进行检测以确保其处于一个最佳的生产条件中,所以需要研究设
9、计一种可以远程检测农作物生长环境的系统。1.1.1 课题背景在人类的生活环境中,温度和湿度扮演着极其重要的角色,无论你生活在地球的哪一个角落,在你的日常生活中都要与温度和湿度打着交道。现代工业革命以来,工业发展也与温湿度有着密切的联系。温湿度对工业的影响已经深入到各种各样的工业部门,可以说近百分之80的工业部门都不得不考虑着温湿度的因素。工业这样,农业生产也是这样。更何况,我国的耕地面积本来就很少。所以,要解决我国那么多人吃饭的问题,想单方面的增加耕地来解决是不可能的,我们要从增加单位面积上的粮食产量上动脑筋,温室大棚技术就是一个可行的办法。除此之外,温室还能种植出许多反季节的作物,这对促进农
10、民增收是非常有效的,所以这项技术才得到这么广泛的推广。随着大棚技术的普及,为了使大棚技术能更好的服务于农业生产,温室大棚的环境监测便成为一个十分重要的课题。而以前的温室环境监测技术太过于人工,这就造成操作很不方便,并且误差较大,就拿温湿度监测来说,以前都是靠在温室里挂个温度计和湿度计,然后靠人工去读取数值来确定温湿度的。另外俗称气肥的二氧化碳对农作物影响是双面的,过高过低都会使作物生长受到影响,传统大棚种植经验缺乏对二氧化碳的关注。随着科学技术的发展,显然以前的这些方法已经不适用于现在的要求了,迫切需要一种更好更新的技术来解决这一问题。在现在这个信息时代,我们的生活可以说和电脑息息相关,除了日
11、常我们常见的电脑外,其实还有一种被称为单片机的小型电脑也在为我们的生活服务着,它在个个领域都发挥着重要的作用。利用单片机作为温室监测的控制核心有着多方面的优点,比如:控制方便,组态简单和灵活等优点。也正因为单片机具有上述的这些优点,它也很适合在温室大棚的环境参数监测上发挥大作用,因此,本课题就围绕单片机对温室环境监测系统进行研究和设计。1.1.2 选题的现实意义现在单片机和无线技术发展的越来越快,他们也在温室大棚环境监测中发挥着越来越大的作用。但是,传统的应用于温室大棚的环境监测系统整体太过庞大,安装和拆卸很不方便,同时易受干扰和损耗,测量误差也比较大。另外目前的监测设施的人机界面都设在温室大
12、棚附近,从而造成查看数据不方便不便于集中管理。为了克服这些缺点,本设计采用数字传感模块采集数据、通过单片机处理后经无线收发模块实现数据远距离传输达到“遥感”的目的解决了上述问题4。本系统能够对温室大棚内的温度、湿度、光照强度进行采集。利用温湿度传感器、光敏电阻采集温室大棚内温度、湿度、光照强度信息,再使用无线收发模块将信息发送出去并且进行显示。这种温室环境监测系统可应用于农业生产的温室大棚,实现对室内环境参数的实时监测,是一种比较智能、经济的方案,适于大力推广。1.2 国内外的应用现状及趋势 在现代温室测控技术应用于实际方面,国内跟国外还是存在不少的差距的,总的来说是国外起步早,所以发展的相对
13、快,技术成熟,领先。国内由于起步的交晚,所以在技术方面还有很多值得提高的地方。1.2.1 国外的研究现状西方一些发达国家因为他们的科技发展的较早,所以在这方面的研究也是走在我们的前面的,1949年,美国建成了第一个植物人工气候室,开展了植物对自然环境的适应性和抵抗能力的基础及应用的研究。70年代日本等国家的相关技术也陆续发展起来,并且取得了长足的进步。现在,由于计算机技术在世界范围内得到非常快速的发展,温室监测技术也随着它的发展而得到进一步的提高。目前,西方的那些发达国家的温室监测技术已经达到了比较完备的地步,并且形成了一系列的标准,在他们的温室中不仅能对像温度、湿度、光照和二氧化碳等常规的环
14、境信息进行监测。还能对像植物营养液的浓度等关乎植物生长的因素进行监测和报告。在他们的温室中各类的传感器都已经发展到了比较完备的地步,还有就是传感器与控制器结合程度非常高。更有甚者,有些国家在已经实现现代化的基础上更是更进一步,朝着无人化和智能化发展。1.2.2 国内的发展现状在中国,相关的技术开始的较晚,1970年以前我国的农业还基本停留的人工作业的阶段。70年代以后,国家大力发展设施农业。经过20多年的发展,我国的温室大棚已经具有规模化、专业化、管理水平高的特点。但是受到我国经济条件的限制,我国的设施农业根本不够智能,说是说走科学种植的道路,但是却还要靠人工实现。随着时代的进步,虽然现在有很
15、多这方面的厂家,但是我国农民的总体文化水平不是很高,所以这些技术很难得到普及。总的来说,在温室监测技术这方面,国内的水平跟国外的水平还是存在很大的距离的,国内的技术还只是停留在对单个环境因素的监测和控制阶段,但是实际上呢,温室中各种环境因素都是互相影响的。各种因素的变化也相当的复杂。所以当当监测单个因素是远远不够的,所以在这方面,我们国家还是任重道远的1.3 课题设计目标 本文设计采用STC89C52单片机作为核心控制器,DHT11和光敏电阻作为数据采集部分的元器件,因为光敏电阻采集到的是模拟信号,所以还需要进行信号转化,本设计采用ADC0832作为信号转化器,数据采集之后在利用无线传输模块N
16、RF24L01将采集到的数据发送至上位机进行液晶显示,从而达到无线遥感的功能。1.4论文主要内容本论文的具体构成及主要内容安排如下:第一章 “绪论” 简要介绍了本课题研究的背景及意义、国内外的现状和要实现的目标。第二章 “系统硬件部分设计” 介绍了系统各部分的硬件组成及各硬件的性能介绍。第三章 “系统软件部分设计” 介绍了组成系统的各部分软件的工作流程。第四章 “系统调试结果” 只要展示了整个系统完成后调试的结果。第五章 “结论与展望” 着重介绍了整个毕设坐下来之后得出的结论,并且对这个毕设的 不足之处做出说明,最后对这个系统的未来做了一些展望。第2章 系统硬件部分设计2.1 总体设计方案温湿
17、度采集单片机无线收发模块光照强度采集A/D转化液晶显示无线收发模块 液晶显示 图2-1 无线温室环境监测系统总体设计方案2.2 电源电路的设计 在本次的设计中,要供电给小系统和LCD显示模块两部分,所以选择了一个变压器(220V转9V)经过桥堆整流后输入到LM7805转为5V供电及对充电器进行充电,下面就一个电源电路给出设计方案。 图2-2 5V电源电路的设计2.3 数据采集部分设计 数据采集部分设计的成功与否可以说直接关系到整个系统的成败,因为这部分数据采集的准确与否直接关系到整个系统能否顺利的完成对温室环境的有效监测,所以这方面的设计对整个系统非常重要。2.3.1 温湿度模块设计 在温湿度
18、采集部分,本设计采用的是DHT11温湿度传感器,该传感器有性价比高,测量准确,稳定性高等特点。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件,并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都事先在校验室中进行校准。校准系数以程序的形式存在OTP内存中,传感器内部在检测型号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口,使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗,信号传输距离可达20米以上,使其成为给类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。产品为4针单排引脚封装,连接方便。 图2-3 DHT11温湿度传感器DHT11温
19、湿度传感器集成了温度传感器、湿度传感器,集成度更高,使用方便并且成本 较低。出于对种种优点的考虑,因此本方案选用DTH11温湿度传感模块5。DHT11性能: 供电电压:3.35.5V DC 输 出:单总线数字信号 测量范围:湿度20-90%RH 温度050 测量精度:湿度+-5%RH 温度+-2 分 辨 率:湿度1%RH 温度1 互 换 性:可完全互换 长期稳定性:1%RH/年 相对湿度和温度测量,全部校准,数字输出,卓越的长期稳定性,无需额外部件,超 长的信号传输距离 ,超低能耗。 引脚安装: 完全互换 图2-4 DHT11温湿度传感器电路图DHT11温湿度一共有4个引脚,引脚1用来接电源来
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