摘 要

发展设施农业对于以农业为第一产业的中国来说意义非凡。本课题运用LABVIEW软件与STM32相配合，设计了一个可应用于设施农业的植物生长环境测控系统。系统通过传感器采集信号，利用单片机的输入口传输信号，以USB为通信协议，用LABVIEW控制执行机构的运行，为植物提供良好的生长环境。

在温室生产中，对植物生长的影响因素多种多样，本文从中选择了对植物影响最大的三个环境因素：温度，湿度，光照强度。为了提高集成度，挑选精度达标，性能优越，价格合理的三种传感器进行信号采集，选用DHT11温湿度传感器和GY-30光强度传感器。在LABVIEW软件方面，将程序框图尽可能地周密与精简，以减少系统出现故障的概率。完成系统搭建后，对系统进行多时段、高频率调试，保证系统具有测量和控制，为植物生长环境提供良好条件的功能。

关键词： LABVIEW；温室测控；传感器；STM32

Abstract

Development protected Agriculture is great significance to China，which agriculture is the primary industry. In this paper, we use LABVIEW software and STM32 technology to design a plant growth environment monitoring and control system which can be applied to facility agriculture. The system collects the signal through the sensor, uses the input port of the data acquisition card to transmit the signal, uses USB as the communication protocol, uses LABVIEW software to control the running of the actuator, and provides the plant with a good growth environment.

In the greenhouse, there are many factors influencing plant growth. Among these, three environmental factors which have the greatest impact on plants are selected: temperature, humidity and light intensity. In order to improve the integration, I picked three sensors which accuracy of the standard, superior performance, reasonable price for signal acquisition, use DHT11 temperature and humidity sensors and GY-30 light intensity sensor. In the LABVIEW software, the program block diagram as pithy as possible to reduce the probability of system failure. After finishing the system, I debugged the system for multi-time and high-frequency, to ensure that the system has a higher stability.

Key word: LABVIEW; Greenhouse monitoring and control; sensor；STM32

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题研究的背景、目的和意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1 国外研究现状 1

1.2.2 国内研究现状 2

1.3本课题研究内容 2

第2章 植物生长环境测控系统的总体设计 4

2.1植物生长温室环境建模 4

2.2 植物生长环境测控系统的控制方式 4

2.3 植物生长环境测控系统的控制对象 4

2.3.1 温度对植物的生长影响 5

2.3.2 湿度对植物的生长影响 5

2.3.3 光照强度对植物的生长影响 6

2.4 植物生长温室大棚内的传感器布点 6

第3章 植物生长环境测控系统的硬件设计 9

3.1 总设计方案 9

3.2 温湿度传感器模块的选用 9

3.2.1 DHT11温湿度传感器模块 10

3.3 光强度传感器模块的选用 12

3.3.1 GY-30光强度传感器模块 12

3.4 单片机的选用 14

3.5 通信总线 14

3.6 执行装置 15

3.6.1 自然通风系统 15

3.6.2 遮阴与保温系统 16

3.6.3 降温系统 16

3.6.4 加热系统 17

3.6.5 补光系统 17

3.6.6 微灌系统 17

第4章 植物生长环境测控系统的软件设计 19

4.1 LABVIEW 19

4.2 程序流程图 19

4.3 LABVIEW前面板 20

4.4 LABVIEW程序框图 23

第5章 植物生长环境测控系统的调试运行 24

第6章 结论 27

参考文献 28

致 谢 29

第1章 绪论

1.1课题研究的背景、目的和意义

中国人口总数占据了世界总人口的五分之一，中国的温饱问题急需解决。因此，农业的现代化程度成为了发展中国国民经济的基础保障。但是，我们国民的温饱问题依然是急需解决的，为了让全国人民都能吃上饱饭，我们还需要付出不小的努力。然而通过近几年的数据显示，中国人口总数正在飞速增长，但农业用地却呈现出大量紧缺的状态，使得可用于农业生产的耕地面积越发缩小。在日渐严峻的现实条件下，我国迫切需要提高农作物生产，例如粮食生产的效率。中国是农业创新强国，早在夏、商、周王朝就诞生了粗放农业，在秦汉时期形成了精耕细作农业，到明清时期畜牧业和林业成熟，再到近代中国成功培养的杂交水稻，中国农业经历了伟大的变迁与发展。而时至今日，集环保、高效等多种优点的设施农业，不失为一种良好，文明，和谐的生产方法^[1]。

植物的生理活动遭受环境因素的影响十分巨大，暴雨、干旱等中国人常说的“天灾人祸”，都是在传统农业中对植物有较大负面影响的环境因素。引入了植物生长环境测控系统的设施农业，能够一定程度上减弱一些对植物生产的不利因素和影响，以及克服农业生产在场地、环境因素的限制等。本课题研究的植物生长环境测控系统就是设施农业的一种，目前人们正在对设施农业进行更深入的研究，对农业的发展有着深远意义。

1.2国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

早在20 世纪 60 年代，欧洲国家率先提出了植物工厂的概念，植物工厂也是植物生长环境测控系统的一种类别的统称^[2]。目前，植物工厂科技领先的主要是欧洲和美洲国家，他们依据自身地理优势，在植物工厂方面已经形成了各自的特点，目前，植物工厂的多项技术在这些国家中发展的较为成熟，农务作业都已经达到了机械化，有些甚至达到了信息化和智能化。

日本由于自身的种种地理环境因素，其农业生产以水稻为主。日本与荷兰类似，在大力发展植物工厂的同时，十分重视本国设施农业的发展，结合自身栽培面积大的特点提高了农业产量，引进了国外的先进技术，将其运用到自己的农业生产中，创造了适应于本国国情的设施农业技术。现在，设施农业在日本农业领域已经应用地非常广泛。日本具有智能化的环境控制技术，该技术可对环境内多种因子进行监测与控制，其农业设施里的计算机可控制温度、湿度、二氧化碳浓度和肥料等植物生长环境因子，能够使生长环境达到最适合植物生理活动的需求。