数字化农业生产管理-设计说明书
电子校园网 编号：
CP-51-2021-067-LW
设计摘要：
本论文以STC89C52单片机为核心控制器，结合其他模块，构建了基于单片机的数字化农业生产管理系统。该系统包括中控部分、输入部分和输出部分。中控部分采用STC89C52单片机，主要用于获取输入部分的数据，并通过内部处理控制输出部分。输入部分由DHT11温湿度检测模块、光敏电阻和ADC0832组成的光照检测模块以及SGP30二氧化碳检测模块组成。此外，还包括独立按键和供电电路。输出部分由LCD1602显示模块、模拟风扇的继电器、USB灯、模拟补气的继电器和蜂鸣器组成。系统在主界面显示当前温湿度、光照强度和二氧化碳的值，其他界面显示阈值。当温度或湿度超过最大值时，继电器打开控制风扇；当光照强度低于最小值时，USB灯打开；当二氧化碳浓度低于最小值时，继电器打开进行补气；当温湿度不在阈值范围内或光照强度、二氧化碳浓度低于最小值时，蜂鸣器发出间断报警。本系统能够实现数字化农业生产管理的自动化控制，提高农业生产效率和质量。
关键词：单片机；烟雾浓度传感器；光敏电阻；DHT11温湿度传感器
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 主控电路设计
3.2.1 STC89C52单片机
3.2.2 晶振电路和复位电路
3.3 OLED显示模块
3.4 DHT11温湿度传感器
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 屏幕显示实物测试
5.3 设置温度实物测试
5.4 光照强度检测实物测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
农业的数字化管理系统是一个集信息化、数字化、网络化、自动化等多种现代高新技术为一体的计算机管理和应用系统。数字农业是将遥感、地理信息系统、全球定位系统、计算机技术、通讯和网络技术、自动化技术等高新技术与地理学、农学、生态学、植物生理学、土壤学等基础学科有机地结合起来。实现在农业生产过程中对农作物、土壤从宏观到微观的实时监测，以实现对农作物生长、发育状况、病虫害、水肥状况以及相应的环境进行定期信息获取，生成动态空间信息系统；对农业生产中的现象、过程进行模拟，达到合理利用农业资源，降低生产成本，改善生态环境，提供农作物产品和质量的目的
发展数字化农业能够加速推进信息技术与农业的深度融合，加快推进农业产业结构的信息化升级转型，让农业资源得到更为优化的配置.近年来，我国农业信息技术产业虽然取得了一定发展，但与先发国家相比，我国农业高新技术产业在发展速度、自主创新、系统集成等方面还有一定差距。农业物智能控制、动植物生长模型和农业大数据分析挖掘等核心技术尚未攻克，发展数字农业，推动农业大数据资源汇聚及农业大数据技术应用，不仅可以促进农业现代化生产与农产品高效流通、保障农产品质量安全，还可以提高农民素质和农业经营效率、优化乡村生产生活生态环境、提升乡村综合治理能力，从而助推乡村振兴战略的实施。本次设计通过按键调整温湿度、光照强度和二氧化碳浓度的阈值，同时，DHT11温湿度检测模块，光照检测模块，二氧化碳检测模块检测温湿度、光照等，并将其通过LCD1602显示当前温湿度、光照强度和二氧化碳的值，其他界面显示温湿度、光照强度和二氧化碳的阈值，更重要的是，我们的设计可以补光，温湿并且当温湿度不在阈值内或光照强度、二氧化碳小于最小值时，蜂鸣器间断报警，本设计对于智能化的农业生产可以一定程度弥补传统农业种植管理的弊端，因此具有重要的现实意义。
1.2 国内外研究现状
在国内，我国数字农业起步较晚，但近年来发展较快，并在关键技术研发与应用上取得了一定成效。自1994年我国首次提出精准农业的研究应用、1999年提出“数字地球”发展战略后，数字农业开始随着国内外数字研究的兴起而逐步发展。随着大数据战略地位的提高和应用范围扩大，数字农业关键技术进入以农业大数据、农业物联网和农业人工智能技术为核心的新发展阶段。
国家科技部从2011年起设立“农村与农业信息化科技发展”重点专项，部署农业物联网技术、数字农业技术、农业精准作业技术等7项数字农业技术相关的重点任务。2015年，农业部公布《关于推进农业农村大数据发展的实施意见》，从数据云平台建立与共享等方面指出了农业大数据发展和应用的基础和重点领域。2017年，农业部正式设立“数字农业”专项，开展重大关键技术研发，我国数字农业关键技术在信息化建设、数据库建设、装备数字化和智能化建设、专家系统建设等方面取得了突破性进展。2019年农业农村部在全国确立了6个全产业链大数据试点建设项目，应用大数据和人工智能的关键技术推进农业数字化发展。
目前，国内农业生产中存在盲目施肥、施肥结构不合理及肥料利用率低等问题，造成了肥料大量浪费和环境污染问题。为此，基于精准农业技术的数字化管理技术，2017年刘坚 ，吴为胜利用 GIS 软件AreView、数据库软件 Foxpro，建立了大田自动施肥作业的数字化管理系统，以自动传感网络获取大田土壤肥力数据和空间位置信息，自动导入自动施肥数字化管理系统，生成大田土壤肥力地图，通过单片机控制步进电机对相应区域进行自动精准施肥。本数字化管理系统还具有信息查询、土壤肥力图表输出等功能，可进行可视化管理。大田试验结果表明：基于数字化管理系统的大田自动施肥系统界面友好，施肥高效，能满足大田土壤环境的数字化施肥，对农业可持续发展意义重大[1] 。
温度是最基本的环境参数之一,在日常生活和工农业生产中经常要对温度进行检测.随着科学技术的不断创新和发展,各种形式的数字化、智能化温度采集技术被应用,因此掌握温度控制系统的硬件组成和系统软件设计显得尤为重要.传统的温度采集模式主要通过热电偶,且其输出的数据信息量值为模拟信号,必须引入A/D转换装置才能将其转化为数字信号,从而在一定程度上与微处理器连接,但生产成本较高,结构较为复杂.2021年刘星宇设计了基于单片机的温度采集系统,由DS18B20传感器直接将前端位置处的温度数据信息转换成数字信号,发送到单片机进行实时采集,最后LCD1602显示模块将结果展示[2] .
在国外，美国完善的农业产业基础和数字技术体系促进农业发展。美国数字农业发展建立在农业生产高度专业化、规模化、企业化的基础上，已经建成了完善的现代农业技术应用与管理系统。自20世纪90年代起，美国已开始应用数字农业技术，包括应用遥感技术对作物生长过程进行检测和预报、在大型农机上安装GPS设备、应用GIS处理和分析农业数据等，对大田作物进行生产前、中、后期的全面监测与管理。在21世纪初已经实现“3S”技术、智能机械系统和计算机网络系统在大农场中的综合应用，智能机械已经进入商品化阶段。如John Deere公司的“绿色之星”精准农业系统，基于物联网技术与“3S”技术搭建的新型精准农业管理系统，用以进行精细农作、农机管理、农艺管理和计划管理，可绘制农场产量的“数字地图”，在机械化生产大农场中的市场占有率达到了65％以上。在大数据、物联网等数字技术飞速发展的助推下，美国数字农业技术已与农业生产的产前、产中、产后形成紧密衔接，应用范畴覆盖从作物生长的微观监测到宏观农业经济分析。此外，美国也已形成完善的技术服务组织网络，美国服务类企业与公益性服务机构可为经营主体提供较为完善的技术服务，例如美国农业技术服务组织（FSA）为农民提供丰富的信息。
英国信息化技术应用助推精准农业。信息化技术推动英国农业向数字化、智能化、精准化的方向发展。英国农村地区信息化基础设施完备，互联网、3G信号已实现基本覆盖。在此基础上，精准农业技术得以实现在农业的全方位应用，如借助遥感技术进行作物生产监测与产量预报、农业资源调查、农业生态环境评价和灾害监测等；英国Massey Ferguson公司研发的“农田之星”信息管理系统，借助传感识别技术和GPS技术能够更为精准地进行种植和养殖作业、数据记录分析和制定解决方案；智能机械已基本装备卫星定位系统、电脑控制和软件应用系统，能够根据不同位置、不同质量的地块情形实现自动化、精准化、变量化作业，同时可以采集作物信息用以制作电子地图和调整生产策略。2013年英国启动《农业技术战略》，提出了应用大数据、物联网技术和智能技术进一步发展精准农业，从而提升农业生产效率，如借助GateKeeper专家系统提供辅助决策和农场管理、LELY挤奶机器人等智能化设备在养殖场中的应用、自动感知技术在施肥施药机械上的应用、二维码技术在农产品产销环节的广泛应用等。现代农业技术导致了边缘化的过程。生产粮食不足的农业经济疲软往往与民主制度薄弱或根本不存在有关，并可能导致移徙、社会动荡、不健康和无生产力的劳动力，以及管理不善或滥用环境资源。2010年费萨尔一世提出解决这些问题的关键框架是农业[9] .
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
本设计是基于STC89C52单片机的数字化农业生产管理系统。系统由中控部分、输入部分和输出部分组成。中控部分采用STC89C52单片机作为核心控制器，负责获取输入部分的数据，并进行内部处理，控制输出部分的操作。输入部分包括温湿度检测模块、光照检测模块和二氧化碳检测模块，能够模拟检测当前的环境参数。输出部分包括显示模块、风扇控制模块、灯光控制模块、补气控制模块和报警模块，能够根据输入数据进行相应的控制操作。该设计实现了数字化农业生产管理的自动化控制，提高了农业生产的效率和质量。
案。
