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温室大棚CO2监控系统设计

摘要：温室自动化监控系统就是根据农作物生长的需求控制环境因素，调节CO2浓度，湿度，光照度，温度等，以提供最佳的农作物生长环境。 而本系统就是针对CO2的浓度进行监控。系统的硬件设计部分包括CO2采集电路、显示电路、报警电路、控制电路等。CPU使用STC89C52芯片、CO2传感器使用的是MH-Z14A芯片，主要软件开发工具是Keil。系统可以对温室大棚中的CO2浓度进行实时的监控，大棚中的CO2浓度会实时显示在液晶显示屏上，如若温室大棚中的CO2浓度超过了我们所设定的CO2浓度上限系统就会有声光报警，即蜂鸣器报警，和警报灯亮起。同时，我们的风扇也会转动起来，调节温室大棚中的CO2浓度。

关键词：温室 二氧化碳 单片机 监控 传感器   

 

目  录

第一章 绪论 1

1.1研究的目的和意义 1

1.2课题的背景和发展趋势 1

1.3课题研究的内容 2

第二章 系统总框图和主要器件的选择 3

2.1 各项系统指标 3

2.2系统总框图 3

2.3 单片机的选取 3

2.3.1  STC89C52单片机的主要性能 4

2.3.2  STC89C52单片机的主要引脚功能 4

2.4传感器的选取 4

2.4.1二氧化玩传感器引脚介绍 5

2.4.2MH-Z14A二氧化碳传感器的基本技术指标说明 5

2.5显示器的选取 6

2.5.1LCD1602简介 6

2.4.2LCD1602的指令说明及时序 7

2.4.3LCD1602的引脚说明 8

第三章 系统硬件设计及其原理 9

3.1硬件设计软件 9

3.2 系统硬件设计总框图 9

3.3 单片机最小系统 10

3.3.1 复位电路 10

3.3.2 振荡电路 10

3.4 CO2数据采集电路 11

3.5 LCD1602显示电路 11

3.6 报警电路 12

3.7 风扇控制电路 12

3.8警报灯控制电路 13

第四章 程序设计 14

4.1程序设计软件介绍 14

4.2 系统模块主程序及流程图 14

4.3 单片机初始化程序设计 15

4.4 CO2浓度采集程序设计 16

4.5 CO2浓度显示程序 17

4.6 风扇、蜂鸣器、警报灯控制程序 18

第五章 系统调试与运行 19

第六章 总结与建议 22

致  谢 24

附录一：硬件原理图 26

附录二：系统源代码 27

 

第一章 绪论

1.1研究的目的和意义

现下国家经济在飞速发展，我国的农业需求也随之发展而猛增起来，因此提高当今农业的产量是我们急需解决的问题，于是许多先进的农业技术也就发展起来，而温室大棚就是先进农业技术其中之一，温室大棚的出现冲击了传统农业生产模式，大大提高了我们农业方面的产量，但是光是温室大棚的出现还远远不够，要做到温室大棚自动化控制，提高产量，减少劳动力的需求才是当今农业发展真正的目标。

对温室室内环境的监控是温室自动化控制的首要体现，而对环境因素的控制则是现代农业自动化的一个重要标志，如何对室内环境因素进行自动化控制是十分重要的。室内的环境组成成分有很多，比如：温度，湿度，CO2浓度，光照度，土壤的水分等等，而环境监控的作用就是能根据给出的适合农作物生长的最佳环境因素来不断的调整温室内的各种环境因素来达到最适合农作物生长的环境。我们的设计就是专门来研究如何控制CO2的浓度，大同小异，CO2浓度能够自动监控以后，其他环境因素也可以据此改变实现自动化控制。

而一个成熟的环境监控系统包含三个成分，分别是：传感器，控制器，执行器。每一个农作物对生长的要求都不一样，因为我们要采用不同的传感器，和农作物生长的数据信息，为每一个农作物创造最佳生长环境。因为在温室大棚中对环境因素的控制比较方便，而自动控制系统又大大节省了人力，提高了物产，因此，温室大棚自动控制系统一经出现就迅速风靡。

还有一个重要因素，因为我国地域宽广，每一处的气候都不一样，并且温室与我们居住的室内有很大区别，它容易受到外部环境的影响，所以想要向其他国家一样实现农业发展的统一是不太切实际的，因此我国的农业多分散，以小型为主且各功能都不相同，所以，生产成本也是我们此考虑的因素，实现我国农业生产的统一同样也是需要努力的目标之一。

1.2课题的背景和发展趋势

我国的农业曾是以人力劳动为主，这样不仅效率低下，农作物的生长还极易受到环境因素的影响，随着时代的发展，机械和计算机技术均运用到了农业的发展上，大大的提高了农产品的品质与收成。在国外，人们很早就把计算机和机械技术运用到了农业上，他们对于农业技术的研究十分透彻，因此国外的农业技术已是十分成熟，我国也引进了国外的先进农业生产技术，但是，我国地域宽广，气候多变，还有社会问题，想要使我国的农业技术实现全面发展仍然是有些困难，因此我国的农业技术是先以简单控制为主，再慢慢发展。而我们现在要研究的温室大棚就是一个典型的现代农业化的代表，正如上面所说，还有社会因素，有些温室大棚还是需要人力劳动来调节温室中的各种环境因素，例如对光照度、CO2浓度、湿度等这些环境因素的调节，所以我们是考虑到成本因素而设计了这个简易温室大棚CO2监控系统。由于现在单片机技术发展十分成熟，所以我们采用了单片机技术来开发这个产品，简单易用。一步一步改进，我国的农业技术会发展会越来越成熟，越来越完善。

1.3课题研究的内容

因为我国现在许多小户型温室大棚还是处于人工控制状态，产量不是很高，也十分耗费人力，通过人工控制温室大棚CO2浓度也经常会有控制浓度不精确的情况发生，又因为有资料表明当CO2浓度在600~2000ppm范围内，是最利于农作物生长的，于是我们的系统设计以CO2浓度的范围为核心，系统不断检测当前温室内CO2浓度，当CO2浓度超标的时候，报警同时风扇开启，系统十分方便控制，经济实惠，节省了人力财力，提高了小户型温室大棚的产量。

 

参考文献

[1] 彭冬玲. 温室大棚内二氧化碳浓度监控系统的研究. [D] 武汉 华中农业大学工程技术学院.2003.5

[2] 田苗苗.  温室大棚监控系统的研究. [D] 吉林 吉林大学.2013.6

[3] 王东、张海辉、冯建合等.  温室大棚CO2浓度精准调控系统的设计与实现 [J] 农机化研究 2012.3

[4] 王欣飞、谢龙汉、谢锋然.  51单片机原理与程序设计 [M]  北京 清华大学出版社 2014.2

[5] 柏静、邵增珍. 单片机原理与应用技术 [M] 北京 清华大学出版社 2013.5

[6] 高静. 温室大棚环境监控系统研究 [J] 中国技术新产品  2014

[7] 曾玲培. 智能温室大棚系统的设计 [D]  成都 西南交通大学2015.12