基于单片机的温室大棚系统设计（32基础版）-设计说明书
电子校园网 编号：
M22031-03M-LW
设计摘要：
本设计是基于单片机的温室大棚系统，具备以下主要功能：显示当前温湿度、调整温湿度阈值、检测温度和湿度、以及进行报警。系统通过连接显示屏，能够实时显示当前的温度和湿度数据，使用户能够方便地了解温室内的环境情况。同时，系统还设计了按键，用户可以通过按键来调整温湿度的阈值，以满足不同的需求。为了准确地检测温度，系统采用了防水温度检测模块，该模块能够在温室环境下稳定工作，并提供准确的温度数据。另外，系统还配备了土壤湿度检测模块，能够实时检测土壤的湿度情况，帮助用户了解植物的生长状态。为了保证温室环境的稳定和安全，系统还设计了蜂鸣器进行报警。当温度或湿度超过预设的阈值时，蜂鸣器会发出警报，提醒用户及时采取措施。
通过以上功能的设计，温室大棚系统能够实现温湿度的监测和调控，为用户提供了便利和安全保障。系统结构简单，易于操作和维护，适用于各类温室大棚环境。
关键词：单片机；温室大棚；数据采集；自动控制
字数：12000+
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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
现代温室大棚作为一种重要的农业生产方式，能够为植物提供稳定的生长环境，提高农作物的产量和质量。然而，温室大棚的温湿度控制对于植物的生长和发育至关重要。传统的温室大棚控制方式通常依赖于人工操作，效率低下且容易出现误操作，无法满足现代农业生产的需求。因此，设计一种基于STM32F103单片机的温室大棚系统具有意义。
本次设计的系统通过自动化控制和智能化监测，能够实时、准确地监测和调控温湿度，提供稳定的生长环境，促进农作物的生长和发育。同时，该系统具备显示当前温湿度、调整温湿度阈值、检测温度和湿度、以及进行报警等功能，使用户能够方便地了解和控制温室大棚的环境。该设计的目的是提高温室大棚的自动化水平和生产效率，减轻人工操作的负担，提供更好的生长环境和农作物管理手段。通过引入STM32F103单片机和相关传感器，实现温湿度的自动监测和控制，减少人为因素对温室大棚环境的干扰，提高温室大棚的稳定性和可靠性。
此外，该设计具有重要的意义，有利于推动农业生产的现代化和智能化发展。温室大棚作为一种重要的农业生产方式，对于提高农作物产量、优化品质和保护环境具有重要意义。通过引入基于STM32F103单片机的温室大棚系统，能够实现温湿度的自动监测和控制，提高农作物的生长效率和质量，降低生产成本，促进农业可持续发展。综上所述，基于STM32F103单片机的温室大棚系统设计具有重要的背景、目的和意义，能够提高农业生产的自动化水平和生产效率，推动农业生产的现代化和智能化发展。
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STM32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。
