基于单片机的温室大棚系统设计（51基础版）-设计说明书
电子校园网 编号：
M22031-01C-LW
设计摘要：
本设计是基于51单片机的温室大棚系统旨在提供智能化的环境监测和控制功能。系统包括显示屏、按键、防水温度检测模块、土壤湿度检测模块和蜂鸣器。该系统首先通过显示屏实时显示当前温湿度信息，使用户能够方便地获取温室内环境变化情况，为合理调节提供依据。其次，通过按键调整温湿度阈值，用户可以根据不同植物的需求设定合适的阈值，系统将根据设定的参数进行自动控制，当环境参数超过阈值时，系统会自动报警提醒用户采取相应措施。此外，引入了防水温度检测模块和土壤湿度检测模块，实现对环境参数的全面监测。防水温度检测模块可以稳定工作于潮湿环境下，提供准确的温度数据；土壤湿度检测模块则能及时感知土壤湿度状况，帮助用户掌握植物的水分需求。最后，系统还配备蜂鸣器进行报警，一旦温湿度超过设定范围，蜂鸣器将发出警报，提醒用户及时采取措施。
综上所述，该基于51单片机的温室大棚系统通过显示屏显示温湿度、按键调整阈值、防水温度检测、土壤湿度检测和蜂鸣器报警等功能，实现了对温室内环境的实时监测和精确控制，为温室大棚管理提供了便利和智能化，有助于优化植物生长环境，提高农业生产效益。
关键词：单片机；温室大棚；数据采集；自动控制
字数：11000+
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摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 电源方案的选择
2.4 显示方案的选择
2.5 温度检测方案的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 土壤湿度传感器
3.3 蜂鸣器模块
3.4 DS18B20传感器检测温度模块
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主程序流程设计
4.3 按键函数流程设计
4.4 显示函数流程设计
4.5 处理函数流程设计
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 温湿度检测实物测试
5.3 继电器自动工作实物测试
6 仿真调试
6.1仿真总体设计
6.2界面显示检测测试
6.3设置阈值检测测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
现代农业温室大棚的广泛应用和发展需求。随着人口的增长和城市化的加速，对于高效农业生产的需求日益迫切。温室大棚作为一种现代化种植方式，具有节约土地、节水、减少化肥和农药使用等优点，成为未来农业发展的重要方向之一。然而，目前的温室大棚管理仍然依赖于传统的人工操作，缺乏智能化和自动化的控制手段，限制了其进一步发展和提高产能的潜力。为了解决这些问题，本设计基于51单片机，旨在构建一个智能化的温室大棚系统，提供及时准确的环境监测和控制功能。
首先，本设计实现对温湿度的实时监测和精确控制。通过引入显示屏，用户可以方便地了解温室内的温湿度情况，有助于掌握植物所处的环境状态，及时进行调节。而通过按键调整温湿度阈值，用户可以根据不同植物的需求设定合适的参数范围，系统将根据设定的阈值进行自动调节，提高温室环境的稳定性和生长条件的优化。此外，本设计还引入了温度检测模块和土壤湿度检测模块，以进一步完善温室大棚系统的功能。温度检测模块能够稳定工作于潮湿环境下，确保温度的准确监测；土壤湿度检测模块则能够及时感知土壤的湿度状况，为植物的生长提供科学依据。通过这些检测模块，系统能够更全面地监测和控制温室内外的环境参数，提供及时的预警信息，帮助用户针对不同植物的需求进行精细化管理。另外，还提供了可靠的环境监测和控制手段，有助于优化植物生长环境，提高产量和质量。通过引入防水温度检测模块和土壤湿度检测模块，可以全面监测温室内外的环境参数，为用户提供及时的预警信息，帮助用户采取相应措施。
1.2 国内外研究现状
国内方面，温室大棚系统的研究也取得了突破性进展。中国农业科学院、中国农业大学等研究机构和高校，在温室大棚自动化控制技术、环境监测与控制、作物生长模型等方面进行了深入研究。目前，国内已经出现了许多基于物联网、传感器技术和自动化控制算法的温室大棚智能化管理系统，实现了对温度、湿度、CO2浓度、光照等因素的实时监测和控制。一些企业也开始在温室大棚系统领域进行技术创新和产品研发，推动了温室大棚技术的进步与应用。
吴宝忠，任振辉，王娟（2018）设计基于手机APP的温湿度传感器系统,避开在温室大棚布线不便的困扰,实现用户随时随地监控温室中的温湿度;采用基于ARM Cortex—M3内核的STM32系列单片机作为控制单元,通过WiFi实现与无线温湿度传感器无缝连接;搭建基于PC机嵌入式软件系统和专家控制系统,实现数据自动处理;设计温室大棚温湿度自动控制系统的Android移动客户端,可实时监控温室大棚的温湿度参数状况[1]。
吴鹏（2021）设计一种以51系列单片机AT89S52作为主控芯片,系统将按键键盘作为它的输入方式,对温湿度及CO2浓度设定范围进行设定,且把单片微型计算机作为调度中心,接收从各个传感器(温度,二氧化碳浓度,湿度)传过来的信息数据,并加以处理,判断是否需要对温室中的农作物使用继电器进行补偿温度等,并将传感器的测量结果显示在系统中的显示器上.实践验证,该设备能为农作物提供最佳的生长环境,为农业带来更高的收成,获得更多的利润[2]。
陈鑫、谭晓静（2022）设计了一种温室大棚智能灌溉系统,采用STM32F103C8T6单片机核心板,通过温度传感器模块,土壤湿度传感器模块,气体传感器模块对温室环境参数进行实时监测,采用模糊规则设计智能模糊控制器,根据温室的湿度,温度,光照等条件参数,确定电磁阀开度,实现智能灌溉的目的.该系统具有成本低廉,操作和维护简单的特点,适合我国目前的智能灌溉控制系统,具有较强的实用性和市场价值3。
然而，在国内外的研究中仍然存在一些挑战和问题。首先，温室大棚系统的管理需要综合考虑多个因素，如温度、湿度、光照、CO2浓度、作物生长需求等，这涉及到多学科的交叉和综合应用。其次，温室大棚环境的动态变化和复杂性要求系统能够快速响应和自适应调节，这对于算法的实时性和精确性提出了更高的要求。此外，温室大棚系统的稳定性和可靠性也是一个重要的问题，尤其是在恶劣的环境条件下，系统的故障率需要得到有效控制。
2020年Vishwakarma A K , Bodkhe A A , More P .发明了温度监控系统包括外壳、外部温度传感器和内部温度传感器。外壳可以是防爆的，并且可以包括控制器和设置在外壳内的内部显示器。外部温度传感器可以配置为检测外部温度，内部温度传感器可以配置为检测外壳内部的温度。当外部温度传感器和/或内部温度传感器检测到温度达到或超过设定或指定的值或限值时，系统可以配置为执行操作或命令。在系统的实施例中，系统可以被配置成在外部温度传感器和/或内部温度传感器检测到温度达到或超过一定温度的情况下停止加油[4] 。
温室农业是在受控环境中种植作物的独特农场实践。天气和气候条件控制是温室农业的主要概念。2020年Mahfuz N , Jahan R , Islam M M , et al研究旨在开发一种用于监测和控制温室参数的智能系统。该智能系统可监控温室农业的关键参数，如温度、湿度、光照、土壤湿度和甲烷气体。集成了必要的传感器来监控这些参数。如果传感器值处于不可接受的范围内，系统将向用户发送通知 SMS。开发一个Android应用程序来设置不同参数的阈值。除了自主操作外，该系统还允许用户发送短信命令。LCD用于在现场显示实时传感器值。用户将能够从远程控制多个温室。该系统具有可选的数据记录器系统，用于统计数据和进一步的科学研究[5] 。该系统将在温室农业中发挥至关重要的作用。
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
本设计基于单片机的智能温室大棚的系统软件。系统软件由STC89C52最小单片机，DS18B20测温控制模块，土壤湿度检测模块，两个继电器控制风扇和水泵，还有被动蜂鸣器警报模块设计，并具有功能键控制模块一起形成。主要设计内容如下：
1、可通过显示屏显示当前温湿度；
2、可通过按键调整温湿度阈值；
3、可通过防水温度检测模块进行检测温度；
4、可通过土壤湿度检测模块检测湿度；
5、可通过蜂鸣器进行报警。
