论文总字数：26365字

摘 要

随着科技的发展，高新技术与农业相结合已然成为中国农业发展的一种趋势，为满足对农作物生长环境例如二氧化碳浓度、环境温湿度、土壤含水量等的实时监控，设计农作物生长环境监测系统尤为重要。

本课题设计完成了一个基于传感器和处理器的农作物生长环境监测系统，该系统可实时监控农作物生长环境参数，包括二氧化碳浓度、环境温湿度、土壤含水量。该系统同时可以设置环境参数的阀值，当某个特定环境参数超过阀值，可以对应执行报警、开窗、浇水的特定功能。

本论文介绍了设计并完成此农作物生长监测系统的详细过程。第一章主要介绍了农作物生长环境监测的背景意义以及其涉及的高新技术，并提出此次系统设计的主要目的和任务；第二章明确了主要功能，并根据设计目标进行了整体方案确定以及主要模块的方案选择，包括处理器模块、传感器模块、通信模块、显示模块，另外还详细地介绍了这些模块的电路实现；第三章介绍了整体软件架构以及对各个主要模块的程序设计，包括涉及的算法、数据的读取输出与显示；第四章后是系统整体功能调试的介绍，最后是系统的总结与展望。

关键词：传感器 农作物 环境监测 单片机

Design and realization of crop growth environmental monitoring system

Abstract

With the development of science and technology, the combination of high and new technology and agriculture has become a trend of Agricultural development in China, and it is particularly important to design the environment monitoring of crop growth environment such as carbon dioxide concentration, ambient temperature and humidity, soil moisture, etc.

This project has designed a data sensor and processor-based crop growth environment monitoring system, which can monitor the environmental parameters of crop growth in real time, including carbon dioxide concentration, ambient temperature and humidity, soil moisture content. The system can also set the threshold of the environmental parameters, when a particular environmental parameters exceed the threshold, can be corresponding to the implementation of alarm, window opening, watering specific functions.

This paper introduces the detailed process of designing and completing this crop growth monitoring system. The first chapter mainly introduces the background significance of crop growth environmental monitoring and the high-tech involved, and puts forward the main purpose and task of the system design, the second chapter defines the main functions, and makes the overall scheme determination and the main module option according to the design objectives, including the processor module, sensor module, communication module, display module, and also introduces the circuit realization of these modules in detail, and introduces the overall software architecture and the program design of the main module. Including the algorithm involved, the reading output and display of data, the fourth chapter is the introduction of the overall function debugging of the system, and finally the summary and prospect

of the system.

Key Words: Sensors; Crops; Environmental Monitoring; Microcontrolle

目录

第一章 绪论 1

1.1 选题背景和意义 1

1.2 近年来发展状况与趋势 2

1.2.1 近年来研究现状 2

1.2.2 进年来发展趋势 2

1.2.3 农作物监测现存的问题 3

1.3 课题任务 3

第二章 系统硬件设计 5

2.1系统整体方案设计 5

2.2 处理器模块 7

2.2.1 处理器的选择 7

2.2.2 STM32F103单片机简介 8

2.2.3 处理器模块电路实现 8

2.3 数据采集模块 11

2.3.1 温湿度采集模块 11

2.3.2 土壤湿度采集模块 12

2.3.3 二氧化碳浓度采集模块 14

2.4 显示模块 16

2.4.1 显示模块方案选择 16

2.4.2 TFT-LCD液晶显示屏简介 16

2.4.2 显示模块硬件实现 17

2.5 通信模块 18

2.5.1 通信模块方案选择 18

2.5.2 ESP8266芯片简介 18

2.5.3通信模块电路实现 19

第三章 系统软件设计 20

3.1 整体程序设计 20

3.2 数据采集模块程序设计 21

3.2.1 环境温湿度模块程序设计 21

3.2.2 土壤湿度模块程序设计 23

3.2.3 二氧化碳浓度模块程序设计 25

3.3 通信模块程序设计 26

3.3 控制与显示模块程序设计 27

第四章 系统调试与结果 29

4.1控制与显示部分调试结果 29

4.2数据监测部分调试结果 32

第五章 总结与展望 34

参考文献 36

致谢 38

附录一 硬件电路连接总图 39

附录二 实物电路总图 40

第一章 绪论

选题背景和意义

农业是国家重要的支柱类产业，我国作为世界农业大国，农业生产在我国经济建设与社会发展中占有着举足轻重的地位。优良的气候与生态环境条件是农作物健康生产的重要保障。我国地大物博、幅员辽阔，东西部、南北方的气候、地势、生态环境条件差异明显，不同的地域适合不同的农作物种植，这也制约了农业的发展。我国作为世界农业大国，在农作物种植方面也是积累了相当多的经验和知识，但我国的偏远地区大都存在着山多土地少、土质贫瘠、土壤资源匮乏、气候条件复杂多变等劣势，这些劣势对农作物的生长极其不利；况且随着我国的经济发展、社会进步，从事农业劳作的人也日趋减少，而当今社会的对农产品的产量与质量需求却日益增高，比如反季节水果、温室蔬菜等。因此传统的农作物种植方式往往不能够满足人们的需求以及社会发展的需要，所以将传统农业进行技术更新和改造显得尤为重要。由此可见，农业与高新技术的结合应用是非常有战略意义的，这不仅能够推动农业与高新技术的发展，也能够加快消费水平，提高经济发展与社会建设。因此在我国发展现代化农业和生态农业是今后农业发展的必然趋势，推广高新技术在农业生产中的应用势不可挡。而农作物生长环境监测系统就能减少人力的投入同时能够更好地监控农作物的生长状况从而加快现代化农业的发展。

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