蔬菜大棚内温度检测与控制系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

随着现代化温室技术的发展,日常生活对反季节蔬菜的需求也愈加庞大,温室在反季节蔬菜的培育中发挥着显著的作用。相较于国外的蔬菜大棚系统趋于完善,我国目前蔬菜大棚的发展还处于初期阶段。因此,需要创造一种基于我国环境的操作简单、功能稳定的现代化蔬菜大棚自动控制系统具有重要社会经济效益。

温室大棚是用来栽培植物的设施。温室是用来改变农作物的生长环境 ,避免外界四季变化和恶劣气候对农作物的不利影响，为农作物生长创造适宜的条件。

温室环境指的是农作物的生长空间 ,它是由光照、温度、湿度、二氧化碳浓度等诸多因素组成的。温室控制主要是通过控制温室大棚内的温度、湿度、通风与光照等自然因素，使得它可以在不适合农作物生长的季节和恶劣的环境下可以高效的种植农作物。从而达到对农作物调节产期、促进农作物生长发育、提高产量的目的。现代化温室中具有控制温度、光照、气肥等条件的设备，并采用电脑进行自动智能控制，以此创造农作物生长所需最佳的环境条件。

2. 研究内容和预期目标

研究内容：该系统以温度自动控制为目的，采用 at89s51 单片机为核心控制器，温度调节和控制通过调温控制模块进行的。系统硬件包括微控制器，温度检测电路，键盘控制电路，时钟电路，显示，报警，驱动电路和外部ram。当系统开始工作时，用户可以在上位机通过键盘输入温度的初始上限值和初始下限值，上位机和单片机通过通信接口进行数据交换，单片机系统将用户设置的初始值保存于芯片中，温度传感器开始检测周围环境的温度，并将检测到的温度值通过显示模块显示输出。当大棚内的温度小于或大于设置的初值时，单片机将通过报警模块发出警报声，提示温度已超出预先设定的阈值，同时单片机启动调温控制模块，使控温设备开始工作，进行升温或降温操作，使温度回到预设值范围。

预期目标：

（1）系统能够对蔬菜大棚的环境温度进行采集和显示。

3. 研究的方法与步骤

目前应用于温室大棚的温度检测系统大多采用由模拟温度传感器、 多路模拟开关及 A ／ D 转换器等组成的传输系统。这种温度采集系统需要在温室大棚内布置大量的测温电缆，才能把现场传感器的信号送到采集卡上，其安装和拆卸繁杂，成本也高。本系统的设计方案采用 DS18B20 单总线数字温度传感器，采集温室内的温度信息，通过通风窗、风机等驱动 ／ 执行机构的控制，对温室温度参数进行调节以达到栽培作物生长发育的需要，为作物的生长提供最适宜的温度环境，从而大幅度提高作物的产量和质量。

1、查阅相关资料，明确设计内容；

2、控制系统的总体设计；

本系统以单片机为核心， 组成一个集温度采集、处理、显示、自动控制为一身的闭环控制系统。其系统整体结构由温度传感器、单片机、RS—485 串口通信、 输出控制电路和上位计算机组成。系统框图如下图所示：

温度测控系统的硬件框图

（1）温度传感器的选择

温度传感器的作用是采集大棚内的温度，并进行判断和显示。由于智能温度传感器 DS18B20 既能对温度进行测量，又能设定所需要控制的温度，并能把温度值由二进制转换成十进制，所以本设计系统选用智能温度传感器 DS18B20。

（2）单片机的选择

本系统中的单片机选用 AT89S51 作控制器，其主要功能是：实现对数字量的采集，并把采集来的数据在 LCD 液晶显示器上进行显示； 可通过键盘设置参数；进行声光报警；通过按键来完成手动 ／ 自动控制方式的切换；通过串行接口把采集到的数据和控制信息传送至上位机；接收上位机命令实现参数设置；进行输出控制。

（3）RS—485 串行通讯的设计

S—485 串行通讯是一种多发送器的电路新标准，它采用差分平衡的电气接口，利用平衡驱动、差分接收的方法，从根本上消除地线信号。因此，RS—485 可用于距离 1 200 m、 速度为 100 kb ／ s 的高速通讯。由于从大棚到计算机的距离较长，因此，在本系统设计中，需要在 PC 机侧配置 RS—485 转换器，以达到数据传输的目的。

（4）系统工作过程

控制系统工作过程如下：上位机运行一定的程序后，向单片机发出启动信号，启动单片机及其被控的机构，同时准备接收单片机发送来的信号和数据。被启动的下位机，一方面定时开启各个传感器测量温室温度环境，并将采集到的信号送入单片机进行数据预处理判断分析；另一方面把上次采集到的数据向上位机发送，同时依据计算机发出的控制信号控制执行机构，以便控制调节温室环境温度。当数据发送完毕且上位机也接受完毕后， 上位机把接收到的数据存储、显示或打印，并与参数的设定值进行比较运算，然后把运算结果送入单片机得出控制信号，以此控制执行机构的动作，然后等待下一个时钟中断信号的到来后再向上位机传送数据，如此不断地循环，以保证温室温度参数被控制于所设置范围之内。

3、完成各个模块及电路图的设计；

4、单片机程序设计及仿真运行；

5、做出实物模型；

6、检测系统是否达到预期目标，并做出相应改进。

4. 参考文献

[1] 51单片机项目教程，吴险峰编。人民邮电出版社，2016。

[2] 88例学会51单片机，王建，宋永昌编。中国电力出版社，2014。

[3] 新概念51单片机c语言教程（第二版），郭天祥著。电子工业出版社，2018。

5. 计划与进度安排

（1）2022-10-27～2022-3-11 查阅相关技术资料，撰写开题报告。

（2）2022-3-12～2022-4-8 硬件功能分析，熟悉单片机（或其他）指令及编程语言。

（3）2022-4-9～2022-5-6 设计电路原理图，编制应用程序。