《《精编》农业大棚智能控制技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《精编》农业大棚智能控制技术（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一章 绪 论1.1 课题背景及意义在我国农业还处于传统阶段因此生产效率低、品质低且需人们付出的体力劳动量大，要想提高劳动生产率，提高农业产品的质量和产量，把人民从繁重的体力劳动中解放出来，就需要将传统的农业生产与现代的科学技术相结合，这就需要环境控制。环境控制工程能够大大的缩减农作物的生长周期，提高农作物的质量和产量，减少所需的人力，提高劳动生产率。农业大棚中农作物的生长受诸多因素的影响，比如空气温度、空气湿度、光照强度、土壤的湿度、空气中二氧化碳的浓度等等，目前我国农业大棚的管理主要是凭借人工经验，这样就使农业生产的效率得不到提高，严重的阻碍了农业生产的发展。因此，这就需要我们将传统的农业
2、生产技术与先进的科技技术相结合，科学的恰当的控制影响农作物生产的各种环境因素，借用计算机来控制仪器对农业大棚内的环境进行控制，从而使大棚内的环境达到农作物生长所需的最佳条件，提高农作物的质量和产量。在我国对农业大棚的智能控制技术的研究还处发展阶段，特别是在将传统农业与现代的自动控制技术相结合这一方面的研究成果较少，因此研究一种成本低、操作简单、持久耐用的大棚环境智能控制系统对现在和将来都具有十分重要的意义。实现对大棚内环境的自动控制有以下社会和经济意义：（1）实现了农业生产管理的准确化。借用环境控制器对大棚内的环境进行实时检测，这与传统的简单的测量技术相比准确度高、可靠性高，工作人员借用这些实
3、时准确的了解大棚内环境的状况，并且对相关的设备做适当的调节，这样就避免了由传统的检测技术所带来的检测误差、检测滞后等问题。（2）实现了农业大棚土壤灌溉的自动化。利用湿度控制器，通过固态继电器对土壤喷灌电磁阀进行控制，这样就避免了由传统的灌溉技术所带来的水资源浪费、所需劳动力大等问题，实现了对土壤灌溉的自动化。（3）实现了对农业生产管理的科学化。可以组建一个管理操作站，对几十个甚至上百个农业大棚进行集中管理，这样就可以对农业生产进行科学的管理和指导。从而提高农作物的质量和产量。（4）使人们从传统的繁重的体力劳动中解放出来，人们有更多的时间和精力从事其他的劳动，提高了劳动生产率。控制系统具有自动控
4、制的功能，与传统的农业生产相比大大减轻了劳动强度。1.2 大棚环境控制技术的三个发展阶段 从国内外发展状况来看，可分为：（1）传统的手动阶段。可是最初阶段，大棚内的劳动者既是大棚内环境的传感器又是控制器，劳动者通过对农作物生长状况的观察，对室内环境的观察，凭借以往的经验做出相应的判断，对大棚内的环境进行人工调节。采用这种生产方式，农业生产率低且农作物的质量得不到提高。（2）现代自动控制阶段。计算机的普遍使用使大棚内环境的自动控制成为可能，计算机技术与现代控制理论相结合，自动调节和控制大棚内影响农作物生长的各种环境因素，达到作物生长所需的最佳值。（3）现代智能化控制阶段。智能化控制技术是自动控制
5、技术与农业专家系统相结合，通过传感器对大棚内的影响作物生长的各种环境因素进行采集，结合农业专家系统的数据，做出相应的处理，进行自动的调节，实现农业生产的智能化控制。1.3 本设计研究的主要内容本设计主要是对农业大棚内空气的温度、土壤的湿度进行采集、显示，与此同时给出越线报警，同时与PC机相连，控制执行机构做出相应的动作，实现对温湿度的自动控制。第二章 系统总体设计2.1 系统功能设计2.1.1 设计思想 （1）单片机核心处理。（2）设置温湿度的上下限，为了尽量减少所用的I/O端口采用独立式按键设置的方式。（3）测量温度使用DS18B20，直接输出数字信号，测量湿度时使用电阻式湿度传感器，输出的
6、是模拟信号。（4）显示温湿度时，考虑到成本问题，采用数码管。（5）温度高时，步进电机正转开窗通风，达到要求时步进电机反转，关闭天窗。（6）温度低时，固态继电器导通，加热丝开始加热，达到要求时固态继电器截至，加热丝停止加热。（7）土壤湿度低时，步进电机正传，打开阀门进行喷灌，达到要求时步进电机反转，关闭阀门。（8）温湿度超限时，蜂鸣器报警。2.1.2 本设计要实现的功能（1）实现对大棚内空气温度、土壤湿度进行实时采集，且测量空间内多点的温湿度，利用LED数码管显示。（2）当大棚内的温湿度超限时，实现及时报警。（3）与上位机相连，控制执行机构针对大棚内当前的情况及时采取措施，使其达到作物生长的最佳
7、环境。2.1.3本设计要达到的技术指标（1）测温范围：050（2）测温精度： 0.5（3）测湿范围：0100RH（4）测湿精度：2.5RH2.2系统结构设计本设计选用了最常见的硬件和软件，实现了设计的合理性和经济性，能够简单的完成硬件的连接和生产。本设计以单片机AT89S52为核心，以DS18B20数字温度传感器、电阻式湿度传感器作为测量元件进行数据采集，LED数码管显示设定数值和测量数值，当采集数据超出预设值时，有蜂鸣器实时报警，同时单片机控制执行机构做出相应的处理。温度传感器DS18B20输出的是数字信号，可直与单片机相连，电阻式湿度传感器输出的是模拟信号，经ADC0809转换为数字信号后
8、送单片机。同时单片机与上位机通过接口芯片MAX232相连，实现通信。本系统由温度与湿度的采集电路、实时显示电路、报警电路、功能键盘、数据通讯电路组成，选用的主要器件有：温度传感器DS18B20、电阻式湿度传感器、AT89S52单片机、A/D转换器ADC0809、8255、数码管显示模块、ULN2003、固态继电器、MAX232电平转换芯片等。图2-1为该部分的结构。 上位PC机A/D转换器湿度传感器1湿度传感器2湿度传感器3接口芯片MAX232 单片机 报警电路温湿度显示键盘温度传感器2温度传感器2温度传感器2执行机构图2-1 系统硬件框图第三章 硬件设计3.1 AT89S52单片机 本设计采
9、用AT89S52单片机，AT89S52是一种8位微处理器，它的内存非常大，为8K，且具有低功耗、高性能等优点，同时与MCS-51在指令和引脚方面兼容，不仅支持传统的编程方法，还支持ISP在系统编程技术，AT89S52芯片的内部还集成了看门狗定时器，使用时更加方便，因此在各个方面得到了广泛的应用。 图3-1 AT89S52单片机的内部结构方框图3.1.1 AT89S52主要工作特性:字长为8位，与51系列产品在指令和引脚方面兼容。可实现多达10万次的擦写次数，因为其内部具有内存为2KB的EEPROM程序存储器。具有片内数据存储器RAM，内存为256字节。可编程的I/O口线有32个。具有全双工串行
10、通信口，并且可以编程。具有两种工作模式，分别为低功耗“空闲”和“掉电”。工作电压为4.5V5.5V。3.1.2 AT89S52的内部结构该芯片的结构：（1） 中央处理器 （2） 存储器（3） I/O端口（4） 定时器（5） 计数器（6） 中断系统（7） 时钟电路中央处理器是单片机的核心，主要由运算器、控制器和布尔处理器组成，以字节为单位对数据进行处理。存储器有片内存储器和片外存储器之分，同时片内和片外存储器又有ROM和RAM之分。AT89S52有P0P3四个端口，可并行的输入输出数据，这四个端口都具有双向数据传输的功能，且P1口和P3口具有第二功能，P0口可以传送数据的低8位地址，传送地址的高
11、8位时可用高8位，图3-1为该芯片内部结构。3.1.3 AT89S52的引脚AT89S52采用双列直插式封装，有4个I/O端口，共32根，6条控制线，2根电源线，P0P3作为准双向口使用，输入数据时，需先向输出锁存器写入高电平。当接片外存储器时，P0口可作为低8位地址线，P2口可作为高8位地址线。AT89S52的40根引脚如图3-2所示。 图3-2 AT89S52引脚图（1）P0口：8位双向数据通信口，当访问外部存储器时可以用来存储低8位地址。作为通用I/O口用时，要外接上拉电阻；访问外部存储器时，P0口具有内部上拉电阻，因此不必再接上拉电阻。（2）P1口：8位双向数据通信口，具有内部上拉电阻
12、，作为通用的I/O口使用时无需接上拉电阻，当进行写操作输入高电平时端口内部的上拉电阻把端口拉高，且具有第二功能如表3-1所示。表3-1P1口具有的第二功能（3）P2口：8位双向数据通信口，具有内部上拉电阻，作为通用的I/O口使用时无需接上拉电阻，当进行写操作输入高电平时端口内部的上拉电阻把端口拉高，当访问外部存储器时可以用来存储高8位地址。（4）P3口：8位双向数据通信口，具有内部上拉电阻，作为通用的I/O口使用时无需接上拉电阻，当进行写操作输入高电平时端口内部的上拉电阻把端口拉高，且具有第二功能如表3-2所示。表3-2 P3口具有的第二功能（5）VCC:接+5V电源。（6）GND:接地。（7
13、）RST:复位端，使用单片机时，首先要复位，此引脚高电平时工作，使其工作的前提是保持2个机器周期以上的高电平。（8）ALE:地址锁存允许线，此引脚在高电平时工作，其下降沿用于把片外存储器的低8位和高8位锁存。（9）PSEN:片外ROM选通线，要使用时使其为低电平，通常是当用到指令MOVC时使用。（10）EA/VPP:允许访问片外存储器，低电平时有效，此时允许访问片外ROM，高电平时，只允许访问片内ROM。（11）XTAL1、XTAL2:外接晶振，XTAL1作为为输入端使用，XTAL2作为为输出端使用。3.1.4 AT89S52的时钟电路AT89S52工作是靠脉冲，要想产生脉冲可以采用两种方式，
14、一种是单片机自己产生，脉冲源来自其内部的振荡电路，它可以产生时钟信号，当然前提是借用晶振；另一种是借用外部产生的脉冲来工作，此时的时钟信号由外部来引入。本设计采用内部方式，图3-3为该部分的电路，XTAL1作为输入端使用，XTAL2作为输出端使用。 图3-3 时钟电路 图 3-4 复位电路利用了来自单片机芯片内部的振荡器，它可产生自激震荡，并连同两边两个电容一起工作，震荡后产生脉冲，为单片机提供用来工作的时钟脉冲。外接晶振时，C1、C2的值通常选择为30pF左右，C1、C2对时钟频率有微调作用，晶振的频率为12MHZ。3.1.5 AT89S52的复位电路本设计采用上电复位与手动复位电路，图3-
15、4为AT89S52的复位电路。要想复位可靠，必须使RST引脚保持一定时间以上的高电平，此时机按机器周期来算就可以。3.2 AT24C02存储单元3.2.1 I2C总线图3-5为该部分的电路，采用AT24C02的目的是当电源掉电时储存已设置测量的数据，避免由重复设置和测量所带来的困扰，从而间接的缩短了耕作周期，提高了工作效率。 图3-5 总线的组成图3-6为该部分电路采用AT24C02的目的是当电源掉电时储存已设置测量的数据，避免由重复设置和测量所带来的困扰，从而间接的缩短了耕作周期，提高了工作效率。， 图3-6 总线的时序3.2.2 AT24C02芯片介绍图3-7为该部分电路，采用AT24C02的目的是当电源掉电
