基于zigbee的稻田环境监测-设计说明书
编号：
HJJ-32-2021-003-LW
设计摘要：
目前我国是世界上拥有人口最多的国家，每年的稻米消费也是最多的，但是因为我国种植水稻的稻田有限，所以每年还要从国外进口大量的稻米。稻田的产量与稻田的生长环境息息相关，为了增加稻田的产量，解放生产力，我们设计了稻田环境信息检测系统，以满足农户的需求。
本设计以稻田环境为研究对象，以单片机STM32F103C8T6为主要核心微处理器，通过ZigBee实现无线数据传输，主机可以采集从机的传感器数据实现远程操控的设计。本次设计中我们采用DHT11传感器检测温湿度，并且远程设置阈值。如果稻田环境温湿度超出我们设置的最大值和最小值的时候能及时进行报警，并打开对应的继电器对稻田的环境进行调节，最后使稻田处于一个适合水稻生长的环境，提高水稻的产量。
关键词：单片机STM32F103C8T6；ZigBee；信息检测系统
字数：10000+
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内容预览：
1 绪论 1
1.1 系统研究的目的与意义 1
1.2 国内外研究现状 1
2 系统设计方案 3
2.1 系统整体方案 3
2.2 微控制芯片的选择 3
2.3 通讯方案的选择 4
3 系统硬件电路设计 6
3.1 系统设计 6
3.2 控制电路设计 6
3.2.1 单片机STM32F103C8T6 6
3.2.2 温湿度传感器 7
3.2.3 土壤湿度传感器 8
3.2.4 LCD1602液晶显示 9
3.2.5 继电器电路控制 10
3.3 通讯电路设计 11
3.4 电源电路设计 11
4 系统软件设计 13
4.1 主程序流程设计 13
4.2 按键函数流程设计 14
5 系统实现与测试 16
5.1 系统实物实现 16
5.2 温湿度实物测试 16
5.3 土壤湿度实物测试 17
5.4 光照实物测试 18
5.5 系统调试的结果及分析 19
6 结 论 21
参考文献 22
致 谢 24
附录 25
附录1：原理图 25
附录2：元器件清单 26
1.1 系统研究的目的与意义
目前我国是世界拥有人口最多的国家，每年的稻米消费是最多的。它的总播种面积和产量居世界第一，在中国粮食结构中处于举足轻重的地位。随着传统农业向农业现代化的转变，农业必须控制成本，一方面需要保证质量和产量，另一方面需要有效利用资源，还必须考虑农业和畜牧业的可持续发展。农业现代化是基于精细化农业理念[1]。最早由英国明确提出了精细化农业和畜牧业的想法。提出农牧业可以在保护生态环境，控制成本的前提下，实时监测田间自然环境的多种信息内容，进行科学论证和预测分析，根据田间自然环境信息内容的变化，确定最佳的战略决策，并协助农民进行科学研究和种植。因此，我需要设计了稻田自然环境信息检测系统。
农业环境与农作物的生长状况是相互影响的，所以对农业环境进行实时监控，及时调整有关环境参数，能够有力促进农作物增产增收。农业环境监控系统采用各种智能化和高效率的现代信息技术，来采集、传输、存储、查询并分析农业的环境信息，为农业生产提供科学指导。稻田环境信息的及时准确采集，对提高其产量和效益都起着至关重要的作用。因此设计一个简单易操作的稻田环境信息监测系统有很重要的意义。本文设计的稻田环境信息监测系统可以采集温湿度、光照、土壤湿度，同时通过监控平台，实现信息的采集、传输等功能，为及时迅速地采取有效的干预措施提供科学依据[2]。
1.2 国内外研究现状
从国外现代农业发展的角度来看，其农牧业标准具有较高的技术含量，较高的资金投入，较高的产出率，较高的经济效益，快速的发展趋势率以及较大的面积。以英国，日本等国家为例，机械设备标准化水平等一系列对策都处于较高水平，居世界领先水平[3]。他们使用各种自动控制，包括机械自动种植技术、智能机器人种植、自动洒水灌溉工程、自动控制系统的开发和设计、控制器设计和人工智能技术操作的引入以及合理地提高农业智能和畜牧业具有系统和专业的管理能力[4]。例如，PS Sneha设计了基于嵌入式和物联网技术，对虾和稻田的全自动监控，合理地检测和操纵与稻田和对虾相关的各种环境监测系统。该系统软件是一个嵌入式操作系统，它依赖于传感器和电动执行器来监视稻田的环境，在农业行业中放置了一组不同类型的传感器，每个传感器都连接到构建在单片机上的控制板上[5]。显示屏将检测的值实时的显示出来，并通过按键对稻田的温湿度最值进行设置。如果检测到温湿度超过设置的最值的时候，那么将进行报警提醒，使得农民可以及时掌握稻田的环境并针对当前的情况做出适当的处理，在稻田中安装此类系统软件无疑将帮助农民自然环境下提高稻田的产量。从中国现代农业发展的角度来看，与西方资本主义国家相比，我国农牧业自动化技术水平较落后。在我国，除一些大城市和郊区外，农牧业设备比较落后，防御措施低，使用性能差，自动化技术，智能系统和机械自动化的生产和制造仍然空白，工作效率低，自然工作环境差，生产水平低，产品质量无法达到销售市场的需求。为了更好地处理农民减少浇水投资，节省浇水时间，提高工作效率，达到全自动浇水和长期无人浇水的目标，蔡其伦设计了一种全自动实时监控系统软件（广东农业科学，2015）[6]。该系统软件可以根据按钮或短信完成浇水的打开和停止，并且还可以自动工作而无需手动控制。手机通过和GSM互联网发送信息，完成远程操作。激活自动灌溉模式后，如果没有合理的终止命令，系统软件将根据液位继电器预留的水位线确定工作时间，也可以根据应用程序短信停止浇水。另外，系统软件可以自动回复短信，并推送在很长一段时间内没有适当注入浇水的短信提醒。系统软件可以完成多种操作功能，操作稳定可靠[7]。根据高新技术的引进，建立基础的，优良的智能系统运行管理是我国农牧业已实现的总体目标，但仍有许多领域需要努力。我国农业和畜牧业的自动化生产管理系统已经基本步入正轨。
根据对世界各国的调查分析，为了更好地提高稻田的生产力，经济效益和生态效益，本人设计了一个稻田自然环境信息含量检测系统，主要根据ZigBee无线传输稻田的气体温度和湿度，土壤水分含量以及光照强度[8]。当测试数据信息超过预设值时，无源蜂鸣器将发出警报，提示农民采取相应的有效措施。
