摘 要

本文计划设计的是一个农业大棚的监控系统，目标是依据植物的生长规律，通过设计相应监控系统以控制大棚内各环境指标，使植物有个最适合生长的环境，可以不受外界环境影响，达到高效高产以及优质栽培的效果。本文针对单片机能通过各种传感器感知大棚内的各项环境指标，然后进行反馈控制的原理，发现了该控制系统不仅可以实时的监测大棚内各环境参数，还能通过设定的相应环境指标的上下限来自动控制各种环境调节设备，做到了真正意义上的智能化控制，农业作为我国支柱产业，它的生产是重中之重，因此农业大棚的监控系统设计有很大的研究价值。

关键字: 农业大棚 监控系统 单片机 传感器 反馈控制

Abstract

This paper plans to design a monitoring system for agricultural greenhouse. The goal is to control the environmental indicators in the greenhouse by designing corresponding monitoring system according to the growth law of plants, so that the plants can have the most suitable environment for growth, and can be free from external environmental impact, so as to achieve the effect of high-efficiency, high-yield and high-quality cultivation. Aiming at the principle that single-chip computer can perceive the environmental indicators in the greenhouse through various sensors, and then carry out feedback control, this paper finds that the control system not only can monitor the environmental parameters in the greenhouse in real time, but also can automatically control various environmental adjustment devices by setting the upper and lower limits of the corresponding environmental indicators, so as to achieve the real sense of intelligent control. China's pillar industry, its production is the most important, so the monitoring system design of agricultural greenhouse has great research value.

Key words : Agricultural greenhouses Monitoring system Single chip Sensor Feedback control

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 设计背景及研究意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 设计任务及要求 2

第2章 总体方案设计 3

2.1 方案对比和选择 3

2.1.1传感器的对比和选择 3

2.1.2单片机的对比和选择 3

2.1.3显示器的对比和选择 4

第3章 系统硬件设计 5

3.1 系统概述及系统框图 5

3.2 Arduino简介 5

3.2.1 Arduino uno概要 6

3.2.2通信接口及下载程序 7

3.3 SHT31温湿度传感器模块 7

3.3.1 SHT31温湿度传感器简介 7

3.3.2 SHT31模块电路图 8

3.4 土壤温度传感器模块 8

3.5 土壤湿度传感器模块 9

3.6 光照强度监测模块 11

3.6.1 光敏电阻简介 11

3.6.2 光敏电阻传感器模块 11

3.7 LCD液晶显示模块 13

3.8 风扇开关控制模块 14

3.9 水泵开关控制模块 14

3.10 LED灯光照明模块 15

第4章 软件设计 16

4.1 主程序流程图 16

4.2 LCD2004液晶显示程序设计 17

4.3 SHT31温湿度传感器程序设计 18

第5章 调试和制作 19

第6章 结论 21

参考文献 22

附录A 元件清单 24

附录B 程序代码 25

附录C 实物图片 42

致谢 43

第1章 绪论

1.1 设计背景及研究意义

农业，作为我国主要的产业之一，它的生产在我国的经济发展以及社会建设中处于一个至关重要的位置。作为世界第一农业大国，我国目前正处于一个从低产低效的传统化农业转化到高产高效的智能化农业的初始阶段。我国大部分地区存在的土壤资源匮乏、气候环境不适、水资源缺乏等诸多原因，使得这些地区的农作物生产受到很大阻挠，再者由于农民的收入与其付出不成正比，因此农民也变得越来越少，但是社会对农产品的需求却不断的提高，这个重大问题亟待解决。显然，传统的种植方式已经不能满足社会发展的需求，现代智能化生产方式必将取代原有的传统化生产方式，因此，在这种社会背景下，科学智能化的农业生产变得至关重要，而智能化农业大棚由于高效高产以及便捷灵活等诸多优点，在绝大部分地区得到广泛认可及应用^[1]。

智能化农业大棚不仅能够充分满足广大地区农民及种植企业对大棚的所有功能要求，而且能够减轻种植过程中的风险，少耗费人力，因此，这些年来农业大棚的数量不断增多，受广大地区的种植企业的欢迎。由于人工化控制不仅对技术要求高，而且还耗费人力物力，而智能化控制的优点是能够相对恒定地控制大棚内部的环境指标，而对于环境指标要求比较高的植物来说，更加可以避免因为人为因素而带来的生产损失^[1]。相对于生产部分来说，将智能化控制系统应用到农业大棚生产以后，大棚的生产变得高效高产以及灵活便捷起来。相对于种植企业应用的成本来说，智能化农业大棚的引进极大的降低了一些农民和种植企业需要投入的成本，耗费的人力更少，浪费的资源也更少。随着科学技术的不断发展以及农民意识的不断提高，国家也意识到转型的重要，因此，智能化农业大棚的设计具有重大研究意义。

1.2 国内外研究现状

农业大棚监控系统设计的目的是将现代科学智能化的控制系统应用到农业大棚的制作上，通过现代的科学技术以及先进手段，模拟分析出最适合大棚植物生长的环境，利用温度、湿度、 CO2、光照强度等相应的传感器来测量大棚的各项环境参数数据，然后通过计算机以及一些移动端设备进行数据分析，由计算机等设备对大棚内的水帘、风扇、遮阳板、灯泡等设备实施控制，用以改善大棚植物的生长环境，让植物在最合适的环境下生长，达到高产高效以及优质栽培等目标^[2]。

国外对于农业大棚的监控系统设计研究较早，开始于1970年左右。国外开始是采用模拟式的组合仪表，用以采集大棚内环境信息并进行显示数据、保存数据和反馈控制等操作，在1980年末研究出了分布式控制系统，做到了能同时多路进行监控以及相应的计算机处理工作，现今正在研发由计算机进行数据采集及数据分析处理的多因子综合控制系统。当今世界各国对于农业大棚的相关温湿度测控技术发展极快，大多先进的国家已经实现了自动化的测控技术，目前正向着完全智能化的方向发展。