蔬菜大棚环境监测模拟装置的设计开题报告最终版

1、 毕业设计(论文) 开题报告 题目名称：蔬菜大棚环境监测模拟装置的设计院系名称：电子信息学院班 级：信息123班学 号：201200484304学生姓名：仝燕指导教师：魏平俊 2016年03月 目 录 一 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc265049973 、文献综述与调研报告 1.1课题的背景2 1.2国内外发展现状及发展趋势 1.3课题意义与价值二、 HYPERLINK l _Toc265049974 本课题的基本内容及预计解决的问题 3 HYPERLINK l _Toc265049975 2.1基本内容3 HYPERLINK l _Toc265049976

2、 2.2需解决的难题 HYPERLINK l _Toc265049977 三、课题研究方法及方案思路 3.1研究方法 3.2方案思路4 3.2.1硬件参数4 3.2.2 系统软件6四、设计任务. HYPERLINK l _Toc265049986 五、毕业设计进度安排 HYPERLINK l _Toc265049987 六、参考文献9文献综述与调研报告： 1.1课题的背景随着改革开放的的发展，中国的现代化程度不断提高，中国的农业的发展必然走现代化农业这条道路，随着国民经济的飞速发展，我国是农业大国，农业研究和应用越来越受到重视特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。现代化农业生产中最

3、重要的一环是对农业生产环境的重要参数进行检测和控制。在农业种植中，适当的室内环境与绿色植物的生长、发育、能量交换密切相关。合理的控制室内环境，绿色植物的光合作用将发挥很大的潜力，使农作物达到优质、高产、高效的栽培目的。大棚室内环境的监控在以温室大棚为代表的现代农业设施中发挥着巨大的作用。国外的温室设施已经达到了比较完备的程度，并且形成了一些标准，但是价格非常昂贵。在我国，当今对大多数温室环境因素的检测和控制都采用人工管理，这样不可避免测控精度低、劳动强度大，还存在测控不及时等弊端，容易造成不可弥补的损失，结果不但大大增加了成本，浪费了人力资源，还没有达到预期的效果。因此，为了实现高效农业生产的

4、科学化并提高农业研究的准确性，推动我国农业的发展，必须大力发展设施农业对大棚中环境参数的科学管理是多种环境因素中极为重要的一部分，是高效农业必不可少的环节。目前，在我国蔬菜大棚的数量极多，并且还在迅速增长，人们对齐性能的要求也越来越高，对大棚的自动化程度也越来越高。由于单片机及其电子器件的性价比不断提高，我国这方面的技术也逐步成熟，这些要求都将可以实现。1.2国内外发展现状及发展趋势 我国的温室技术起步较晚，20世纪70年代以前我国基本还停留的农业完全人工作业，70年代以后，国家大力发展以温室大棚为主的设施农业，促进农村经济发展和环节蔬菜季节性短缺的矛盾。经过20多年的发展，我国的温室大棚已经

5、具有规模化、专业化、管理水平高的特点，但是我国设施农业的自动化程度不高，走科学种植的道路却要人工实现，全国大多数大棚不具有自动控制设备，这与我国的经济条件所决定。 随着农业生产现代化的不断发展, 农业生产中的计算机控制技术越来越受重视。在现代化农业生产中, 以蔬菜大棚为代表的现代农业设施发挥着巨大的作用。 目前,国内外温室环境智能监控系统的研究涉及到计算机技术、传感器技术、 控制技术、通讯技术、生物技术以及环境科学等多种技术和学科。现阶段，功能齐全的完全智能化的温室环境监控系统还处于实验阶段，实际应用的还不多。目前市场上出现的，多是单因子控制器，比如温度控制器、光度控制器、温光度控制器或CO2

6、 控制器等，也有一些国内外的大公司生产智能温室监控系统或控制器，但一般价格昂贵，对于大部份农民来说还是可望而不可及的。 因此，开发低价位、低成本、实用型的农业温室智能监控系统是很有必要的， 对于促进农业的增产、增收，推进我国农业智能化进程具有极为重要的意义，同时也具有很大的市场商机。1.3课题的意义与价值 本系统综合运用单片机技术、通信技术、传感器技术、电子技术等专业知识,对温室大棚测控系统进行了研究。在设计和开发的过程中, 紧密结合温室大棚的实际情况,综合目前一些较先进的检测技术。完成了对大棚温度、光度、的检测功能和分析功能( 对所测数据进行自动分析处理), 装置可以根据不同农作物的不同需要

7、, 通过键盘设定温度、光度下限值, 报警功能和远程数据传输功能和集中式管理功能。最后, 由于条件的限制, 本系统只是在实验室环境下模拟运行的原理性, 通过适当改造具有一定的应用前景。因此此课题不论是对自己的就业还是对我国农业的发展都有非常现实与积极的意义。二、本课题的基本内容及预计解决的难题2.1 基本内容 本课题使用数字温光度传感器对大棚内温光度进行实时测量，将测量的数据传输到单片机进行判断和处理，实现温光度键盘设定、显示、报警等功能。主要内容有：设计监控系统硬件电路、编写监控软件程序和进行软硬件调试。 温光度传感器可以将环境中的温光度非电量参数转化成电量信号, 再将这些信号进行处理后送至下

8、位机中的单片机, 单片机读取数据后将数据送到缓冲区内, 通过显示器进行实时显示。同时与原先内部设定的参数值进行比较处理; 单片机可以根据比较的结果对执行机构发出相应的信号, 并通过继电器的控制对相应的设备如喷水器、吹风机、加热器、降温泵等进行操作, 调节大棚内温光度状态。用户直接通过键盘对温光度的上下限值和预置值进行设置后, 如果环境的实时参数超越上下限值, 系统自动启动执行机构调节大棚内光度和温度状态, 直到温光度状态处于上下限值以内为止。如果有预置初值,且与当前状态不相等时, 系统也会启动执行机构动态调节温光度状态, 直到所处的平衡状态与预置值相等为止。2.2 需解决的难题温度监测系统,设

9、计光度监测系统设计,系统控制模块设计.以及软件部分都是需要解决的问题。三、课题的研究方法、方案思路3.1 研究方法：1.文献调研法：通过网络、书籍和数字图书馆查找搜集与基于单片机大棚环境监控系统设计相关的文献资料，对研究课题的现状有一定的了解。2、理论分析法：通过对资料的分析与整理，根据单片机、A/D转换、传感器等的理论知识，分析本课题研究的可行性。3、实践验证法：系统整体电路设计与软件编程相结合，先做出整个系统的电路，然后做出实物，对硬件和软件进行整体调试。3.2 方案思路本系统由一个监测终端和两个探测节点组成。监测终端主要完成探测节点编号配置、各探测节点的巡检、节点温度值、光照信息显示。各

10、探测节点主要完成节点编号预置、节点温度和光照信息监测以及监测终端通信等，探测节点还具有信息自动转发功能。蔬菜大棚环境监测模拟装置的设计的总体方案框图如图1所示。无线收发电路LCD显示器监测终端光敏传感器温度传感器无线收发电路单片机单片机 键盘编号预置 探测节点A 光敏传感器温度传感器无线收发电路单片机编号预置 探测节点B 图1 蔬菜大棚环境监测模拟装置的设计的总体方案框图3.2.1硬件参数 （1）温度传感器的选择方案一：采用AD590温度传感器。AD590温度传感器是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。AD590性能描述：测量范围在-50- +150，满刻度范围误差为0.3，当电源电

11、压在510V之间，稳定度为1时，误差只有0.01。AD590为电流型传感器温度每变化1其电流变化1uA在35和95时输出电流分别为308.2uA和368.2uA 。方案二：采用DS18B20温度传感器。美国DALLAS公司的产品可编程单总线数字式温度传感器DS18B20可实现室内温度信号的采集，有很多优点：如直接输出数字信号，故省去了后继的信号放大及模数转换部分，外围电路简单，成本低;单总线接口，只有一根信号线作为单总线与CPU连接，且每一只都有自己唯一的64位系列号存储在其内部的ROM存储器中，故在一根信号线上可以挂接多个DS18B20,便于多点测量且易于扩展。方案三：采用LM75温度传感器

12、。供电电压3.0-5.5V,温度精度在要求范围内小于2，用I2C与单片机进行通信。 综合比较方案一和方案二以及方案三，三个方案都可以满足设计所要求的精度温度要求，但方案一的后续电路复杂，需要经过放大，数模转换等步骤，增加了设计的复杂度和成本，并需要占用单片机较多的I/O口。方案二的后续电路简单，占用的I/O口数量少，为整体设计留出了足够的I/O口资源，但是需要一条口线与微处理器连接。方案三由于它提供两条线支持I2C总线协议的接口来监测温度，并具备自校准功能。故我们采用方案三作为本系统的温度传感器。（2）光亮度传感器的选择方案一：采用光照度传感器M124749，光照度传感器采用先进的电路模块技术

13、开发变送器，用于实现对环境光照度的测量，输出标准的电压及电流信号，体积小，安装方便，线性度好，传输距离长，抗干扰能力强，量程可调。但价格昂贵，性价比不高，且不易购买。方案二：采用光敏电阻。光敏电阻的工作原理是当有光线照射时，电阻内原本处于稳定状态的电子受到激发，成为自由电子，所以光线越强，产生的自由电子也就越多，电阻就会越小。光敏电阻的优点有内部的光电效应和电极无关（光电二极管才有关），即可以使用直流电源。灵敏度和半导体材料、以及入射光的波长有关，价格低廉，性价比高。比较以上两个方案，方案一虽然具有更好的设计精度和线性度，但性价比不如光敏电阻好。方案二具有较高的性价比且同时也能满足系统的设计要

14、求，故采用光敏电阻作为光照度传感器。无线收发电路选择发射电路选择：由于本系统要求的通信距离很短，对无线发射功率及频率稳定度要求不高。所以发射电路采用使用元件少、调试方便的LC电容三点式振荡器产生无线发射频率。西勒振荡电路在输出幅度和频率稳定性方面比克拉泼振荡电路均有较大改善。所以本系统选用改进型的西勒电容三点式振荡电路。 图2 西勒电容三点式振荡电路图3 克拉泼电容三点式振荡电路接收电路选择：本系统接收电路采用直接高放检波方式设计，该电路形式简单、调试方便，再传数码速读低、传输距离短的场合较适用。系统接收部分工作原理框图如图4所示。选频放大电路检波电路整形电路宽带高频放大选频电路 输出 图4

15、系统接收部分工作原理框图选频电路采用天线与电容并联组成天线选频回路；宽带高频放大采用阻容耦合放大器对天线信号进行高频放大；选频放大电路采用LC选频电压放大器对主信号进行放大。检波电路采用三极管检波方式，能有效提高检波信号灵敏度；整形电路对检波器送来的信号进行整形处理，以利单片机识别。（4）系统所用单片机选择监测终端和探测节点中的单片机均选用C8051F020。该单片机是集成混合信号系统级MCU芯片，工作电压范围为2.7- 3.6V具有64个数字I/O引脚、64K字节可在系统编程的FLASH存储器、4352字节的片内RAM、片内看门狗定时器及电源监视器、5个通用的16位定时器，并具有硬件实现的S

16、PI、I2C及两个UART串行接口和JTAG调试接口。比照要求，所选单片机满足题目检测、探测、通信及电源要求。 3.2.2 系统软件：系统软件设计部分将接收到的数据进行处理，并比较、反馈、输出到温、光度调节执行装置，以实现温、光度的控制。系统软件采用模块化设计，主要有主程序模块、中断处理模块、数据采集与显示模块、温光度参数设置模块、执行机构控制模块等。主程序模块主要完成系统初始化、温光度采集、温光度显示等功能，其流程框图如图5工作流程图所示。 系统初始化阶段，令单片机的定时器T1 工作于定时方式2，用于产生串行通信所需的波特率。串行口工作在方式1，为10 位异步通信方式，即每帧数据由1 个起始

17、位，8 个数据位，1 个停止位构成。单片机定时器T0 工作于定时器模式，用于产生指定的控制周期。 终端工作流程开始 初始化系统按键处理间隔1S，发送读节点数据命令节点应答超时发送转发命令 Y N显示节点数据转发应答超时 Y显示错误信息 N显示转发数据 节点工作流程开始 初始化系统测温度及光照收到读节点数据命令 Y发送节点数据 N收到转发命令 Y转发命令处理 N发送转发数据 图5 工作流程图四、设计任务设计一个蔬菜大棚环境监测模拟装置，实现对周边温度和光照信息的探测。监测终端和探测节点均含一套无线收发电路，要求具有无线传输数据功能，收发共用一个天线。基本要求：（1）制作2个探测节点。探测节点能够

18、探测其环境温度和光照信息。温度测量范围为0100；光照信息仅要求测量光的有无。（2）制作1个监测终端，用外接单电源供电。监测终端可以与各探测节点直接通信，并能显示当前能够通信的探测节点编号及其探测到的温度和光照信息。 （3）无线环境监测模拟装置的探测时延不大于5s，监测终端天线与探测节点天线的距离D不小于10cm。在010cm距离内，各探测节点与监测终端应能通信。五、毕业设计进度安排第7学期：课题调研，收集资料，完成开题报告及外文翻译；第1-4周：毕业实习，学习无线环境监测模拟装置的设计方法；第5-8周：整理资料，方案论证,画图；第9-14周：完成无线环境监测模拟装置的设计，撰写论文；第15周：毕业答辩。参考文献1 库志强, 张锡兵, 杨扬. 基于单片机的温光度控制系统 J. 机电息,2006(12): 24-