基于51单片机的智能大棚控制系统设计与实现

基于51单片机的智能大棚控制系统设计与实现摘要本设计以STC89C52单片机为控制器，以ESP8266WIFI模块进行无线传输，通过温湿度传感器、土壤湿度传感器及光照传感器对大棚内的空气温湿度、土壤湿度及光照强度等数值进行测量，使大棚内植物能够在设定的相关环境数值范围内生长。本设计具有手动、自动两种控制方式，既可以手动开关水泵、光照等装置，也可以通过对实时检测的相关环境数值与设定值进行比较，实现自动控制，同时可以通过手机APP实时观看大棚内相关环境数值。测试结果表明，该系统传输距离超过10米，数据稳定且刷新速度每次不低于2s，温度误差不超过正负2度，湿度误差少于正负5%RH。该系统可用于温室大棚的信息化管理，且具有安全性高、稳定性好、性价比高的优点。关键词：单片机；土壤湿度；温湿度；光照强度

目录TOC\o"1-3"\h\u1绪论 绪论1.1选题背景及意义随着世界人口的增加，粮食的需求也越来越大，粮食安全成为人们关注的重点问题。同时，我国经济取得了极大的发展，人们对于各种水果、蔬菜也有了更多的需求。温室大棚渐渐成为了农业研究的重点方向。使用温室大棚进行种植不仅能防止病虫害，提高农作物产量，还能够实现反季节种植，满足人们的需求。但是使用温室大棚进行种植需要采取一定的措施使大棚内的环境维持在适宜农作物生长的范围内，采用人工进行大棚种植难度较大，无法对大棚环境实时监控。结合电子技术，利用计算机系统对大棚进行智能化控制是目前温室大棚的发展趋势。通过使用传感器、单片机、WIFI无线传输等技术可以对温室大棚的相关环境数据进行实时检测，打造自动化监控农场，同时可以远程接收观看大棚内相关环境数据，打破时间、空间限制，实现温室大棚监控系统的无线化、网络化、智能化。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状早在19世纪，温室大棚的雏形已经出现。当时，荷兰人会使用玻璃罐罩在农作物上面来进行种植，可以有效地增加产量。后来，随着世界人口的增加，各个国家对于粮食的需求也不断增加。温室大棚作为一种新兴农业技术，受到了各国的关注，取得了极大的发展。随着电子信息等各项新技术的发展，温室大棚也不断融入其他技术，对大棚内环境参数的控制变得越来越精密。在20世纪70年代之后，建造材料、控制技术、电子技术取得了极大的发展。美国、荷兰等西方发达国家不断将各种新技术与温室大棚结合，极大地促进了温室大棚的智能化发展。温室大棚的环境监测种类也逐渐多元化，覆盖到了温湿度、病虫害、施肥情况等多方面，囊括了影响植物生长地大部分环境因素。同时，西方发达国家的机械化水平也在不断上升。温室大棚的无人化、自动化得到了极大发展。温室大棚技术的高速发展使西方发达国家的农业逐渐迈向现代化，粮食产量大幅增加，反季节瓜果蔬菜也开始出现，美国、荷兰等国家开始成为产粮大国。现在，国外的温室大棚发展出了多种种类，其中应用最广泛的是玻璃温室。其使用玻璃作为建造材料，有良好的透光性、耐热性，且较为坚固。得益于建造材料的良好性能，温室的建造面积得以扩大，方便各种自动化设备在温室中运行。但是，玻璃的价格较为昂贵，玻璃温室的建造成本较高。因此人们在温室中使用了立体化种植，加大了空间的使用效率，使玻璃温室的种植产量、种植收益得到提高。1.2.2国内研究现状中国自古以来就对粮食生产极为重视。我国人口众多，粮食需求量大，但是可用的耕地面积少，人均耕地面积远远落后于世界平均水平，且我国面积广阔，气候条件复杂，气候的变化容易对粮食生产造成严重冲击，严重影响国家的粮食安全。因此，我国对温室大棚的发展有迫切的需求，但中国的现代化温室技术起步较慢，相关技术较为落后。早在公元前，我国就已经有了一些温室大棚雏形的记录。但是，由于近代科学技术的落后和频繁的战争，中国的温室大棚技术发展陷入停滞。直到新中国成立后，中国的科学技术开始不断发展进步，温室大棚也开始取得发展。70年代后，我国的计算机技术开始起步发展，计算机技术开始在社会各个领域开发应用，温室大棚也不例外。经过毛罕平、闫忠文等人的努力，中国的温室大棚自动化程度得到了有效的提高，对大棚内相关环境的测量、控制变得更为精确，温室大棚技术开始迈向智能化发展。但是，由于中国的控制技术、计算机技术等相关技术较为落后，温室大棚的发展受到了一定的限制。总体而言，中国的温室大棚技术仍然落后于西方发达国家。1.3设计内容与思路本设计将对温室大棚内的温度、湿度、土壤湿度以及光照强度进行监测。使用传感器对上述环境数据进行采集。本设计使用51单片机作为处理器，传感器所检测到的相关环境数值会传输到单片机中。单片机根据相关信息进行指令操作并通过WIFI与手机进行信息交流。在显示屏中显示相关环境数值，并对水泵、补光装置进行相应指令控制。手机APP中也会显示相关环境数值并可通过手机对水泵、补光装置下达开启、关闭指令。2系统方案设计2.1系统总体方案本设计温室大棚远程监控系统使用51单片机作为处理核心，进行数据的处理及指令的下达。数据采集则使用传感器进行，将会对温室大棚内的温度、湿度、土壤湿度以及光照强度进行数据采集。数据显示则分为两种形式。一种是使用液晶显示模块进行数据显示，另一种则是通过手机APP进行数据显示。系统无线通讯方式选用WIFI信号进行，环境控制则通过水泵及补光装置进行。水泵、补光装置可以自动开启也能通过手机远程开启。系统还设计了电源电路、晶振电路等基础电路保障系统正常运行。硬件焊接部分，本设计使用PCB绘图，定制电路板进行焊接。软件编程部分，本设计使用C语言进行程序编写。系统焊接完成后将对其进行功能调试及检查。2.2系统硬件选择2.2.1主控芯片选择方案一：采用STC89C52RC单片机STC89C52RC单片机芯片具有价格便宜、功耗小等优点，且其操作较为简单便利，适合初学者使用。STC89C52RC是51系列的单片机，功能强大，单片机内部有8K网络程序设计闪存；且其采用了加强版MCS-51作为内核，含有4K的内存，由于本设计数据处理量不大，相关程序较为简单，所以无需外接外部存储器。对于本次温室大棚远程监控系统的设计，该芯片可以有效满足设计需求。STC89C52RC单片机芯片如图1所示。图1STC89C52RC单片机芯片图方案二：采用STM32F103C8T6单片机STM32F103C8T6具有64K内存空间，功能强大。且其价格较低、功耗较小，串口数量较多，能够驱动较多传感器，对电机的控制较为稳定。STM32F103C8T6在市面上比较常见，有很多资料可以为编程设计提供借鉴。STM32F103C8T6单片机芯片如图2所示。图2STM32F103C8T6单片机芯片图根据本设计的相关需求，最终选择采用STC89C52RC单片机作为本设计的处理核心。STC89C52相对STM32F103C8T6简单易学，成本较低，且功能强大，能够满足本设计所使用的多种传感器及无线传输等模块的功能要求，符合本设计的功能需求。STC89C52RC原理图如图3所示。图3STC89C52RC单片机原理图2.2.2显示模块选择方案一：采用LCD1602液晶屏LCD1602液晶屏是目前广泛使用的一种显示器，显示的字符种类较多，价格低廉。但是该模块显示的数据较少，适合在显示数据不多的场合下进行使用。LCD1602液晶屏原理较为简单，可以采用串行、并行两种方式进行数据传输，传输方式多样，对处理器要求较低。方案二：采用LCD12864液晶屏LCD12864液晶屏也是市面上比较常见的一种显示器。该模块显示的数据较多，分辨率较高，显示内容丰富。同时，该模块接口结构较为简单，操作便捷，人机交互功能较强且能耗较低，适合用于大面积显示。对两种方案进行比较分析，选择采用LCD1602液晶屏模块。本设计需要显示的内容只有温湿度值、土壤湿度值以及光照强度值，使用LCD1602液晶屏能够满足本设计的显示需求，如果显示面积过大则会产生多余的显示空间，造成一定的浪费。同时，在价格方面LCD1602液晶屏更加低廉，使用LCD1602液晶屏可以有效节约设计的成本2.2.3无线传输模块选择方案一：采用HC-05蓝牙模块HC-05是一款常见的蓝牙模块，可以将蓝牙信号转换成电子信息进行传输。该模块使用串口通信方式，且成本较低、操作简单，可用于与手机、计算机等设备之间的连接，能够在10m范围内进行有效通信，缺点是传输不太稳定。HC-05蓝牙模块如图4所示。图4HC-05蓝牙模块图方案二：采用ESP8266WIFI模块ESP8266WIFI模块具有多种通讯方式，且价格低廉，通信稳定，通信距离较远，最高可达100m。该模块可以同时与多个终端进行通信传输，且传输速度较快，适合进行大量数据的传输。ESP8266WIFI模块如图5所示。图5ESP8266WIFI模块图综合两种方案，最终选择ESP8266WIFI模块。ESP8266WIFI模块的传输距离可以达到100m，本设计需要实现较长距离的远程监控，传输距离较长的ESP8266WIFI模块更为合适。且该模块数据传输较为稳定，不易受到外界干扰，更加适合温室大棚的应用场景。2.2.4温湿度传感器模块选择方案一：采用DS18B20温度传感器和HS1101湿度传感器使用两个传感器对温度、湿度单独进行检测，可以有效地降低测量的误差。且两个传感器都是市面上比较常见的传感器，有较多的资料可供参考。但使用两个传感器进行测量所需成本较高，且操作较为困难，需要占用的引脚数较多。方案二：采用DHT11温湿度传感器DHT11温湿度传感器也是目前市面上比较常见的一种传感器。该传感器易于购买，且参考资料众多。该传感器可以同时测量温湿度值，对单片机的要求不高，不需要占用过多的引脚资源。缺点是测量的误差相对较大。DHT11温湿度传感器如图6所示。图6DHT11温湿度传感器图综合两种方案，最终选择采用DHT11温湿度传感器。由于本设计只需要使环境温湿度控制在一个范围内，所需的测量精度不高，使用DHT11温湿度传感器能够满足本设计的要求；且DHT11采用的通讯方式为单总线通讯，所需的输入输出端口数量较少，操作简单，更加稳定可靠，价格也更加低廉，能够降低设计成本。2.2.5光照强度检测模块选择方案一：采用M12474光照强度传感器该传感器性能十分优越，采用了较为先进的集成技术。其优点为：能够直接将光信号转换为电信号，直接与单片机进行数据传输，采集精度较高，有良好的抗干扰能力，且体积较小，便于安装使用。缺点为：该传感器价格较为昂贵，且购买渠道较少。方案二：采用光敏电阻5539该模块使用光敏电阻作为核心元器件，能够根据环境光线的变化形成模拟量。使用该模块时需要添加数据类型转换模块，转换为数字量输出到单片机中。光敏电阻5539的测量精度较低，但是其接线较为简单，且价格较低，使用方便。综合两种方案，最终选择方案二。本设计所需光照强度测量精度不高，使用光敏电阻5539能够满足本设计需求。其经济实惠，性价比高，能够有效降低设计成本。2.2.6土壤湿度检测模块选择本设计需要通过检测土壤湿度确定是否进行浇灌，对土壤湿度检测的精度要求较高。土壤湿度传感器YL-69测量精度及稳定性较高，能够满足本设计需求。该传感器正常工作的温度范围为0℃-70℃，本设计工作环境不会超出该传感器正常工作的温度范围，传感器可以正常工作。且该传感器价格较低，性价比高。综上所述，最终本设计选用土壤湿度传感器YL-69进行土壤湿度检测。3硬件设计3.1LCD1602液晶显示模块电路设计LCD1602液晶显示模块可以进行字段和字符显示。本设计所采用的是字符显示。显示字符的操作方法较为复杂，可以按照设计需求进行具体调整。该模块内置了相关字符代码，只需要按照说明书使用对应代码即可实现对应字符的显示。LCD1602液晶显示模块的具体结构如图7所示。图7LCD1602液晶显示模块电路图为了保障该模块的正常使用，需要对其接入5V的电压用于功能。同时需要对模块各个引脚的功能进行熟悉，与单片机进行对应接线。该模块各引脚功能如下表1所示。表1LCD1602引脚介绍引脚名称引脚功能GND连接电源负极VCC连接电源正极，电源大小为5VV0调节显示器亮度，低电平时亮度升高RS寄存器选择端RW读写信号线E使能端口D0~D7数据端口，可以进行双向数据传输BL+背光正极BL-背光负极3.2DHT11温湿度传感器模块电路设计本设计选用的DHT11温湿度传感器由单独一根管脚进行温湿度数据的传输，当接线长度小于20m时需要接入5K左右的上拉电阻。该模块结构比较简单，引脚数量较少。具体引脚功能如表2所示。表2DHT11温湿度传感器引脚介绍引脚名称引脚功能VDD电源引脚，接入5V电源DATA单总线数据传输引脚，使用串行数据传输方式NC空引脚GND接地引脚，连接电源负极DHT11温湿度传感器引脚数量较少，结构简单。对该模块进行接线并不复杂。首先需要对该模块的数据传输引脚进行连接，只需要选择单片机中能够进行信息接收与发送的引脚进行连接即可。本设计选取了P34引脚进行连接。该模块还需要添加一个上拉电阻。由于本设计所用的线路较短，所以只需要使用4700Ω的电阻即可。最后将模块电源正负极进行连接，本模块的接线就已经完成。具体电路结构如图8所示。图8DHT11温湿度传感器电路图3.3光照强度检测模块电路设计本设计采用光敏电阻5539作为光照强度检测模块。该模块灵敏度可以手动进行调节，灵敏度较高。光敏电阻5539模块有5个引脚。第1个引脚为接地引脚，直接接地。第2个引脚为空引脚，没有实际功能，无需进行连接。第3个引脚为数字量输出引脚，直接与单片机相连，进行数字量传输。第4个引脚为模拟量输出引脚，直接与单片机连接，用于传输模拟量信息。第5个引脚为电源接口，与电源正极相连，可以接入3.3V-5V电压，用于为模块提供工作所需的电能。该模块具体电路结构如图9所示。图9光照强度检测模块电路图3.4WIFI无线传输模块电路设计本设计所使用的ESP8266WIFI模块，操作简单，能够满足本次设计需求。该模块一共有三种工作模式。本设计使用的是AP模式，即该模块生成一个WIFI信号，手机连接该信号后即可进行传输。该模块具体电路连接情况如图10所示。图10ESP8266WIFI无线传输模块电路图ESP8266WIFI模块一共有8个引脚。第1个引脚为电源引脚，外接3.3V电压，为模块正常工作提供电能。第2个引脚为UTXD引脚，作用是输出模块内相关信息，在模块开机时，禁止将该引脚设定为下拉状态。第3个引脚为复位引脚，引脚为低电平时，该模块处于复位状态。该模块具体引脚功能如表3所示。表3ESP8266WiFi芯片引脚功能介绍引脚名称引脚功能UTXD数据输出CH_PD使能引脚，高电平有效RST复位VCC电源引脚，连接电压3.3V、电流500mA以上的电源正极URXD数据输入GPIO0指示灯信号及工作模式选择GP1O2通用IO口，默认为高电平GND接地 3.5土壤湿度传感器模块电路设计本设计采用土壤湿度传感器YL-69对温室大棚内的土壤湿度值进行测量。土壤湿度传感器可以将测量所得的模拟量转换为数字量，无需经过ADC数据类型转换模块，直接向单片机进行连接传输。该模块引脚一共有4个，其中只有3个引脚需要连接。第1个引脚为VCC引脚，连接电源正极，可以接入3.3V-5V电压。第2个引脚为接地引脚，与电源负极连接。第3个引脚为空引脚，不需要连接。第4个引脚为数字量输出引脚，与单片机进行连接，进行数字量输出。土壤湿度传感器YL-69具体电路结构如图11所示。图11土壤湿度传感器模块电路图3.6电源电路设计本设计需要使用5V的电压为89C52RC单片机进行供电。该电源电路具体结构如图12所示。该电路采用DC5.5*2.1电源接口，可以适用目前市面上常见的电源线。本电路设置了一个旁路电容用于滤波，一个LED指示灯，用来作为上电提示。图12单片机电源电路图本设计需要使用3.3V的电压为WIFI无线传输模块供电以保证其正常工作，故需要对电压进行转换。该电路具体结构如图13所示。本电路使用了一个电压转换模块，模块共有3个接口。Vin接口为输入接口，输入5V电压。Vout接口为输出接口，输出经过转换后的3.3V电压。GND接口为接地接口，连接电源负极。在输出端接入了C4与C6作为输出滤波电容，作用是抑制电路所产生的振荡，稳定输出波形。在输入端，电路接入了C5作为整流电容，对输入的交流电压进行整流，将交流电压变为直流电压。图13电压转换电路图3.7LED补光装置电路设计本设计使用了LED灯作为补光装置对温室大棚内的光照强度进行控制。对LED使用5V电压进行供电，在回路中需要添加一个电阻对电路进行保护。本设计LED为低电平触发，与单片机IO口连接，由单片机进行触发控制。本设计LED补光装置硬件电路如图14所示。图14LED补光装置电路图3.8水泵驱动电路设计本设计中的水泵使用继电器进行驱动。继电器正常工作需要的电流大小为40μA，单片机无法满足。为了满足继电器的正常工作需要，本系统设计了一个电路用于对继电器进行供能。在驱动电路中，还添加了一个LED灯作为水泵的工作状态提示。水泵驱动电路具体设计如图15所示。图15水泵驱动电路图3.9整体硬件电路设计本章节介绍温室大棚远程监控系统的各模块硬件电路设计。硬件电路设计决定了模块功能是否能够实现，需要进行精心的设计。在进行硬件电路设计时，首先需要查阅各种相关数据、资料，了解各模块引脚的具体作用，明确接线方式，最终通过软件进行画图，制作PCB板。本系统的整体硬件电路设计图16所示。图16系统整体硬件电路图4软件设计4.1编程语言的选择在设计温室大棚远程监控系统的程序之前，需要选择一种适合的编程语言进行程序的设计及编写。选择编程语言时，需要使用较为常见的语言进行编程。过于冷门的编程语言不利于阅读理解，会造成后期维护的困难，不利于系统的推广及后期设计。同时还要注重程序的可移植性，扩大系统的应用范围。目前，52系列单片机使用最为广泛的编程语言是汇编语言和C语言。以下对这两种较常见的编程语言进行比较：方案一：汇编语言。汇编语言将一些特定的指令用字母进行替换，方便人们修改编程和后期的维护，同时也能使程序更加便于理解，降低编程难度。但是汇编语言会受到编程环境的限制，汇编语言的可移植性差。同时，汇编语言需要记忆大量的基础语句，学习的难度较大。方案二、C语言。C语言是一种基础的编程语言，应用范围十分广泛。由于C语言的易于理解和学习，C语言成为大多数人选择使用的编程语言，使用C语言有助于提高开发人员程序的阅读效率和编程速度，是对初学者较简便的编程语言。由于C语言在各种场景下的广泛应用，后期维护时会比较方便。汇编语言和C语言有各自的特点及优势。结合本设计的设计需求，需要尽可能在多种平台上进行广泛应用，同时由于本设计模块较多，需要的编程时间较长，所以需要选择编程效率更高的语言，还需要降低后期维护的难度，因此选择C语言更为合适。4.2主程序设计对系统接通电源后，系统开始运行，各模块开始进行初始化，将各模块数据清除WIFI无线传输模块首先进行初始化，系统会延时2s，目的是让WIFI信号进入稳定状态，便于连接使用。延时结束之后，其余模块开始进行初始化。初始化结束后，系统开始正常运行。传感器会对大棚内的相关环境数值进行测量并输出到单片机中。单片机会对相关数据进行处理转换，再将数字输出到液晶显示屏模块，液晶显示屏显示大棚内的相关环境数值。同时，系统还具备自动灌溉功能。当系统检测到当前的土壤湿度值比设定值低时，系统会执行灌溉指令，水泵开始工作，灌溉会持续3s，灌溉结束后，系统会根据灌溉后的土壤湿度值确定是否需要再次进行灌溉。土壤湿度值需要在程序中进行设定，灌溉指令直到大棚内的土壤湿度值高于设定值为止。系统开始运行后，可以使用手机APP与系统进行连接。WIFI信号连接成功后点击界面中的连接按键，手机APP上会显示当前温室大棚内的相关环境数值。通过手机APP可以控制大棚内水泵和LED补光装置的开关。点击手机APP中水泵图案下的开启按键，水泵启动开始进行浇灌，浇灌过程持续3s。点击手机APP中LED等图案下的开启按键，等待几秒后，系统LED补光装置开启，手机APP上的LED图案变换为开启状态，点击关闭按键可以关闭补光装置。系统工作流程如图17所示。图17系统工作流程图4.3LCD1602液晶显示模块程序设计系统上电后，LCD1602液晶显示模块开始工作。首先需要对模块进行初始化，将原有的显示数据清除，屏幕不显示数据。之后需要进行延时等待。采集的数据输出到单片机后，单片机向LCD1602液晶显示模块发出写命令，并将采集到的相关环境数据传输到显示模块。在进行数据显示时，需要对显示位置进行设置。本设计中所显示的相关数据第一行为温度、湿度及土壤湿度，第二行显示的数据为光照强度以及水泵的开关状态，水泵打开时显示数字1，水泵关闭时显示数字0。LCD1602液晶显示模块程序的具体流程如图18所示。图18LCD1602液晶显示模块程序流程图4.4DHT11温湿度传感器模块程序设计进行温湿度数据测量时，首先需要进行初始化，防止前期数值影响到后期真实数值期间传感器不进行数据测量。同时，单片机会进行1s的延时，之后发出指令，开始对温室大棚内的温湿度进行测量。单片机会发出一个高电平脉冲作为测量信号，测量到当前的温湿度值后，将温湿度值转化为数字信息并进行记录。数据采集完成后，DHT11温湿度传感器向单片机反馈一个低电平，单片机响应后开始进入数据传输状态。具体DHT11温湿度传感器程序流程如图19所示。图19DHT11温湿度传感器模块程序流程图4.5土壤湿度传感器模块程序设计系统需要对大棚内的土壤湿度值进行采集，判断当前大棚内的土壤情况，决定是否需要进行灌溉。首先需要对土壤湿度传感器进行初始化操作，开启中断，并将土壤湿度传感器的波特率设置为9600。土壤湿度传感器的相关设置完成后，单片机通过串口发出指令，开始进行数据采集。传感器所采集的是模拟量数据，需要输出到ADC数据转换模块，进行数据转换，将模拟信号转换为数字信号输出到单片机中。土壤湿度传感器模块具体程序流程如图20所示。图20土壤湿度传感器模块程序流程图4.6光照强度检测模块程序设计本设计除了要对温湿度值、土壤湿度值进行检测外，还要对大棚内的光照强度进行检测。在系统上电后，光照强度检测模块开始工作。首先要对其进行初始化，清除相关的数据信息，并打开相应中断，使光照强度检测模块能够正常与单片机进行通信。初始化完成后，单片机发出采集指令，光照强度检测模块开始进行数据采集。光照强度检测模块通过环境光对光敏电阻阻值的影响产生模拟信号，再将模拟信号输出到ADC数据转换模块中进行数据类型转换后传输到单片机中。光照强度检测完成。4.7WIFI无线传输模块程序设计本设计采用了ESP8266WIFI模块进行无线传输。该模块需要与单片机进行串口通信并根据AT指令集对相关数据进行无线传输。系统上电后，首先要对进行初始化操作，将波特率设定为115200，将WIFI模式设置为AP热点模式，并对WIFI的名称及密码进行设置。初始化完成后，通过串口将相关指令发送到单片机中，建立多路联通模式。之后需要打开手机上的WIFI进行连接。WIFI连接完成后，打开手机APP，输入密码后进入操作页面，点击连接开始进行数据传输。模块与单片机开始进行双向数据传输。ESP8266WIFI模块具体程序流程如图21所示。图21ESP8266WIFI模块程序流程图4.8控制模块程序设计本设计控制模块有水泵及LED补光装置。系统上电后，水泵处于未接通状态，单片机会根据当前温室大棚内的土壤湿度值决定是否打开水泵进行浇水。当温室大棚的土壤湿度值低于20时，水泵回路导通，开始进行浇水。一次浇水的时长为3s，浇水时间结束后，水泵回路切断，水泵停止浇水。同时，水泵还可以通过手机APP手动开启。在手机上开启水泵后，通过WIFI模块进行命令传输。单片机接受到浇水指令后会接通水泵回路进行一次浇水操作。本设计所使用的LED补光装置需要通过手机APP进行手动开启。用户可以通过手机APP所显示的光照强度数值决定是否需要对补光装置进行开启。当用户需要开启补光装置时，按下手机APP上的开启按键，通过WIFI将开启传输到单片机中，LED开启，并进行数据反馈，手机APP接收到数据反馈后，APP上的图标会变为点亮状态，按键由开启变为关闭。5系统实物制作及测试5.1绘制PCB进行实物制作首先要考虑焊接方式的选择。本设计所使用的元器件较多，接线比较复杂，使用PCB进行打板焊接能有效降低焊接难度，所以本次设计使用PCB进行焊接。首先需要明确本设计所使用的元器件尺寸及引脚数量等信息，在电脑软件上绘制PCB排版图。绘制完成后联系厂家生产。本次温室大棚远程监控系统的PCB排版如图22所示。图22系统PCB图5.2硬件的焊接收到PCB板后，首先对PCB板进行检查，对照电脑所绘制的PCB图，确定各个孔之间的连接情况。之后需要对元器件进行检查，检查无误后开始进行焊接工作，对照硬件设计图对元器件进行焊接。焊接时注意各引脚的对应情况以及区分元器件的正负极，采用从左到右的焊接顺序依次进行焊接。焊接完成后的实物如图23所示。图23系统实物图5.3系统硬件调试系统焊接完成后需要对硬件进行检查调试。首先使用万用表对线路进行检查，确认焊接情况。线路检查无误后，进行上电检查。接通电源后，检查指示灯及发热情况，如元件异常发热，立即断电进行检查。使用万能表测量各模块电源引脚，确认模块电压为正常工作电压，测量接地引脚，确认引脚是否可靠接地。5.4系统功能测试5.4.1实物检测方案先给本次设计的温室大棚远程监控系统上电，查看显示屏是否正常亮起，各个参数是否完整显示在屏幕上，之后再对各个模块功能进行测试。查看各个传感器测量实际数值是否与温度计、湿度计显示相同。测试温湿度传感器，对其进行加温和降温，查看屏幕显示的温度数值是否能正常变化；进行加湿操作，查看湿度显示值是否增加，取消加湿后，查看湿度值是否正常下降。测试光照强度传感器，打开室内灯光，查看光照强度数值是否增加，关闭室内灯光，查看光照强度数值是否下降。测试土壤湿度传感器，对土壤进行灌溉，查看土壤湿度值是否增加。测试无线传输模块，打开手机APP，连接上指定热点，查看各项数据是否跟显示器一致，是否同时刷新，关闭、开启按键查看模块是否正确响应。5.4.2WIFI无线传输测试系统上电后，WIFI无线传输模块电源LED灯点亮，连接情况指示灯闪烁。测试WIFI无线传输模块需要先进行连接。使用手机打开WIFI功能，搜索并连接WIFI信号连接成功后，连接情况指示灯常亮。手机APP页面刷新出温湿度、土壤湿度及光照强度信息。点击APP内的开关水泵、补光装置按键，装置可以正常开关。5.4.3温湿度检测模块测试系统上电后，液晶显示屏会显示当前的温湿度值。对温度进行检测，使用打火机将火焰靠近温湿度传感器，温度值升高，关闭打火机后，温度值下降。对湿度检测功能进行测试。用手指捏住传感器，观察到湿度值升高，温度值升高，松开手指，温湿度值下降到正常水平。5.4.4光照强度检测模块测试系统上电后，液晶显示屏显示光照强度数值。寻找一个光照变化较小的房间进行测试。首先记录关灯时的光照强度数值，接着将房间灯光打开，发现光照强度数值上升，然后关闭房间灯光，发现光照强度数值下降，最后关灯后的光照强度值与先前记录的光照强度值进行比较，发现两次光照强度值相同。光照强度检测模块工作正常。5.4.5土壤湿度检测模块测试系统上电后，开始进行土壤湿度检测。准备一盆土壤用于测试。将土壤湿度传感器的检测条插入土壤中，液晶显示屏显示当前土壤湿度值。使用系统水泵进行灌溉，灌溉后土壤湿度值升高，土壤湿度传感器工作正常。使用手机APP开关系统水泵，灌溉功能使用正常。6结语6.1本文总结通过对单片机、传感器等模块进行学习研究及应用，使用WIFI进行远程信息传输，本设计实现了手机APP远程对大棚内环境数据进行监控，并且能够远程对大棚内的水泵、补光装置等进行开关，有助于温室大棚的智能化、信息化、自动化。本设计环境监测的相关数据真实可靠，能够对农业生产产生很大的帮助，有助于提高产量，避免环境变化对农作物产生的影响。本文所研究的温室大棚远程监控系统实物部分制作完成，并已进行了功能调试，预期功能全部得以实现，且测量精度能够达到预期效果。本设计主要对以下的方面进行研究。一、研究了设计的相关背景及发展情况，对目前温室大棚发展所遇到的问及发展方向进行了分析，介绍了国内外的温室大棚发展历史。二、对设计使用的模块进行了研究，对设计所使用的模块进行多方案的比较分析，确定最佳的硬件型号选择。三、对硬件电路部分进行了分析介绍，对各模块的原理及特性进行研究，确定接线情况，制定布线方案。四、对各模块程序设计进行介绍，对各个模块进行单独编程，