绿色植物生长平台水循环智能控制系统设计开题报告

研究背景

智能种植是根据人们养花步骤繁琐、难养活等问题结合人工智能的创新技术，为消费者解决生活中的养花难题。我们的绿色植物生长平台做到了自动供给水、光照、温度、湿度等多种生长因素。在整体产业的宏观层面上严格把控花植产业链，改进了传统花卉行业的乱象，将人工智能引入种植领域，实现因花制宜。用户只需要将花植放置到机器上，选择好品种和生长阶段，系统会根据实时监测到的植物生长数据，不断调整种植方案，包括湿度、温度、光照等植物的关键生长因素的细致修改。同时建立自己的物联网体系、植物大数据库等技术，进一步提升花植存活率。

智能种植行业虽然尚在发展前期，但是已经在众多同行中脱颖而出，市场上的智能种植产品并不多，表明智能种植技术虽然还有很长的路要走，希望我们的努力可以为智能种植的发展谱写新的篇章。

当前社会，宜居、人性化的用户体验成为大众的普遍追求。依靠日趋成熟的物联网技术，智能种植前景广阔，而水循环的智能控制在其中至关重要，其技术上的深入探索和研究，符合国家科技创新、以人为本的发展理念。

研究目的

目前，市场随着人们生活水平的提高，家庭养殖花卉、树木等观赏植物的越来越多，然而由于现代快速的生活节奏，人们往往忙于工作而忘记及时地为花木补充水分，导致花木枯萎或死亡。人工浇水其缺点是不能根据植物正常生长所需要的水分、温度来实时调节植物生长环境的参数，会出现浇水过多或不足的问题，不利于花木的成长。我们的智能水循环控制系统解决了这一问题，将人工智能应用于种植，能为植物生长提供良好的条件，同时还能为种植者降低种植风险，带来良好的种植体验。

研究意义

植物智能生长平台是一种通过设施内高精度环境控制，实现作物周年连续生产的高效设施农业系统，是由计算机对作物生育过程中的水循环、温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境要素进行自动控制，不受或很少受自然条件制约的全新生产方式。智能植物生长平台已被国际公认为是设施农业的最高级发展阶段，是未来设施园艺发展的必然趋势，是衡量一个国家农业高技术发展水平的重要标志之一。虽然目前市面上有卖植物自动浇水器的，但价格十分的昂贵，并且大多只能设定一个定时浇水的时间，很难做到给植物适时适量浇水。也有较经济的植物缺水报警器，可以提醒人们及时的给植物浇水。可是这种报警器只能报警，浇水还是需要人们亲自动手。当家里无人时，即使报警也无人浇水，就起不到应有的作用了。因此，我想通过设计一种集光照、温湿度检测，自动浇水于一体的盆花自动浇水系统。让植物在人们无暇照顾时也能得到及时的浇灌。

研究内容

本设计题目主要研究方向是植物生长智能化平台，为家居、办公场所或企事业大型植物培养场所提供一种植物生长智能化培养平台，基于该平台，可不依赖于阳光，在室内实现植物栽培，并通过信息化和数据分析，实现在线、自动控制等智能化植物生长所需要环境。本课题为目前家居、大型植物培育场所或写字楼办公场所提供室内植物养殖提供一种智能化自动生长平台，市场应用前景广阔。

预期目标

1：设计并实现植物生长水循环嵌入式主控最小系统；

2：水循环控制采用无极调速模式，并可实现0-10档可调；

3：依据多传感器实现智能水循环控制算法；

4：搭建绿色植物生长模拟仿真系统，实现智能化多功能水循环控制。

应备条件：

1：嵌入式硬件与软件开发技术；

2：CAD电子电路设计技术；

3：模电数电基本概念、综合应用；

4：电子仪器与测量基本技能。

研究方法

本毕业设计基于STC89C51单片机最小系统，本课题所设计的系统能够根据作物在各个生长时期对环境的不同要求，自动调节各种环境因子，从而达到作物生长所需的最优条件。控制系统的整体结构如图所示。其主要包括51单片机、LCD1602液晶、土壤传感器、继电器、ADC0832以及水泵。每个模块完成相应的功能，共同构成整个控制系统，实现控制功能。核心任务是利用水泵作为营养液循环控制设备进行营养液的供给。

图1 水循环整体方案框图

1.单片机（Microcontrollers）是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。由于8位单片机由于内部构造简单，体积小，成本低廉，在一些较简单的控制器中应用很广。常见的8位单片机主要有：Intel的51系列，Atmel的AVR系统，Microchip公司的PIC系列，TI的MSP430系列等。

STC89C51RC/RD 系列单片机是兼容8051 内核的单片机，是高速/ 低功耗的新一代8051 单片机，12

时钟/ 机器周期和6 时钟/ 机器周期可反复设置，最新的D 版本内部集成MAX810 专用复位电路。

2.Wi-Fi 技术是一种20世纪末发展起来的无线局域网技术，它通过无线网卡与无线接入点构成无线通信网络。Wi-Fi网络具有传输速度快、覆盖范围广以及部署简单的特点。在开放性区域内，Wi-Fi的通信距离达到三百米甚至以上，在封闭空间内，Wi-Fi的通信距离也能达到一百米。并且能够与现有网络进行有效整合，且成本较低，因此广泛应用于家庭及公共场所。

3.LCD1602的特性

（1） 5V电压，对比度可调 。

（2）内含复位电路 。

（3）提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能 。

（4）有80字节显示数据存储器DDRAM 。

（5）内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM 。

（6）8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM。

4.ADC0809的简介

ADC0809其实就是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片。

5.水泵的调速方法：普通直流水泵及三相直流水泵调节转速原理。

调节转速就是调节水泵功率，扬程和流量。

无刷直流水泵（两相直流）调速方法：两相普通水泵调节转速可以通过调节输入电压来改变水泵的功率，或者通过输入PWM可调占空比的电源实现，这种方式的成本比较高，而且通过改变电压的方式去调速不利于实现水泵的智能化控制。

电位器调速接线方法：（非调速水泵没有引出调速信号线）

调速接口中的红线为正5V，黄色线为调速信号线，黑线为地线，红色和黑色线分别接电位器的两端，黄线接电位器的中间，这样旋动电位器可使黄线的电压在0-5V之间滑动，从而采用电位器实现了0-5V之间的调速。切勿将红线和黑线碰到一起，这样容易导致电路板烧坏，电位器调速和VR(0-5V)调速是一样的，如果采用VR调速则只需要将电位器取下，按照VR调速方法接线即可。

PWM或者模拟信号VR（0-5V）调速的接线方法：PWM(50-800HZ信号幅值为5v)或者模拟信号（0-5V）调速只需要将调速接口中的黄色线接到外界控制系统的调速信号发生端口（PWM或者0-5V），黑线接到系统地线，红线悬空即可。

具体步骤

1、土壤干湿度传感器实时给单片机传输信号。

2、按键设置土壤干湿度阈值，实现土壤水分的动态控制。

3、液晶实时显示土壤湿度情况，所设置的阈值，直观明了。

4、ADC0832将模拟信号转换成数字信号传给单片机。

按键调节上下限值，LCD1602实时显示土壤湿度值，并显示上下限值。土壤检测传感器检测湿度值低于下限时，蜂鸣器报警并驱动水泵浇水，湿度值高于上限时停止浇水。