姜赫-畢業(yè)設(shè)計(正文終稿)

本文格式為Word版，下載可任意編輯——姜赫—畢業(yè)設(shè)計(正文終稿)沈陽航空航天大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文）

第1章緒論

1.1選題的依據(jù)和意義

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生態(tài)園發(fā)展迅速，不僅種植品種更多、規(guī)模更大，而且種植區(qū)域也更加集中，這給農(nóng)業(yè)人員的管理和優(yōu)化種植增加了難度和成本。為了解決這些問題，我國的蔬菜大棚種植正在向信息化和智能化的方向發(fā)展。只有應(yīng)用先進的較低成本的信息采集手段，實時、確切地獲取大棚環(huán)境信息，制定科學的管理決策，最終通過智能設(shè)備或人工控制等措施，才能提高種植作物的經(jīng)濟效益，本設(shè)計就是設(shè)計一個生態(tài)園的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。在當今社會，我們的經(jīng)濟、農(nóng)業(yè)和工業(yè)都趨向于信息話、科技化，特別是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖更是借助了好多現(xiàn)代先進的科技力量。在蔬菜、水果的大棚種植中，大棚中的溫度、濕度和光照強度都會對農(nóng)作物的生長的產(chǎn)生影響，假使我們對大棚中的這三個參數(shù)進行監(jiān)控和有效的調(diào)理，那么農(nóng)作物的數(shù)量和質(zhì)量都會得到上升，一旦我們的農(nóng)作物的質(zhì)量和數(shù)量有大幅度的提高，那么就標志著我們的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平上了一個大臺階，所以對生態(tài)園環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的研究是十分有必要的。

選題的意義在于這個系統(tǒng)具有以下三個優(yōu)點：

1、可以實時采集周邊的溫度、濕度和光照強度，分別進行顯示，可以人為的直觀的觀測到，了解生態(tài)園的現(xiàn)況。

2、該監(jiān)測系統(tǒng)具有自動設(shè)置上下限功能，并配有聲光報警功能，一旦所監(jiān)測的值不在自行設(shè)置的上限和下限的范圍之內(nèi)，報警部分就會讓人們知道這一狀況，工作人員可以作出相應(yīng)的措施。

3、該系統(tǒng)可以將數(shù)據(jù)傳送到上位機上，一旦配置上無線發(fā)射模塊，再在接收端配置上無線接收模塊，這樣可以實現(xiàn)遠距離傳輸，接收端的上位機上可以顯示出生態(tài)園的溫度、濕度和光照強度。

就以上三點可以充分地表達出這一選題是十分有意思的，一旦我們將這一系統(tǒng)研究到位，應(yīng)用合理，那么會對我們的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有很大的幫助。

1.2選題研究的基本內(nèi)容

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本課題根據(jù)生態(tài)園發(fā)展需要，設(shè)計一種蔬菜大棚種植環(huán)境檢測系統(tǒng)，利用傳感器對棚內(nèi)作物生長狀況進行監(jiān)測，采集其在生長周期內(nèi)溫度、濕度和光強的數(shù)據(jù)，以便及時調(diào)整棚內(nèi)環(huán)境達到作物生長的適合條件，實現(xiàn)蔬菜大棚的優(yōu)化種植。具體需要做的任務(wù)首先要依照實際應(yīng)用背景完成主控電路的設(shè)計，然后要設(shè)計利用傳感器采集生態(tài)園大氣環(huán)境中的溫度、濕度和光照強度的電路，將數(shù)據(jù)傳送到單片機，設(shè)計的顯示電路要將采集的數(shù)據(jù)顯示，顯示精度±1，被監(jiān)測溫度范圍10-35℃、被監(jiān)測濕度范圍50-90%RH，不在預(yù)置的上下限范圍之內(nèi)要進行聲光報警。最終要設(shè)計通信電路，將采集完成的數(shù)據(jù)傳送到上位機，并進行顯示。

首先要對溫度、濕度和光照強度進行采集，然后送入單片機，再經(jīng)數(shù)碼管進行顯示，最終送入無線發(fā)射模塊，將數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)竭h端的上位機上進行顯示。主要需要研究以下兩種器件：

①傳感器：溫度傳感器是指能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。依照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類；濕度傳感器類似，電容式、電阻式和濕漲式濕敏元器件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進行濕度測量的；光強傳感器一般都選用光敏電阻，是一種因光照強度的改變而導(dǎo)致其電阻值改變的器件。這三種傳感器分別在三路信息的采集電路上起到了重要的作用。

②下位機、上位機：上位機是指可以直接發(fā)出操控命令的計算機，一般是PC，屏幕上顯示各種信號變化（液壓，水位，溫度等）。下位機是直接控制設(shè)備獲取設(shè)備狀況的計算機，一般是單片機之類的。上位機發(fā)出的命令首先給下位機，下位機再根據(jù)此命令解釋成相應(yīng)時序信號直接控制相應(yīng)設(shè)備。下位機不時讀取設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，一般為模擬量，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號反饋給上位機。本系統(tǒng)是下位機將采集的溫度、濕度和光照強度這三個量傳輸?shù)缴衔粰C上進行顯示。

1.3課題分析

本課題主要是利用單片機對生態(tài)環(huán)境中的溫度、濕度和光照強度進行采集和顯示，并且無線傳輸?shù)竭h端的監(jiān)控地點再進行顯示?；舅悸肥峭ㄟ^對這三個采集量感應(yīng)的傳感器同時采集這三種數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳送到單片機，單片機通過程序控制實現(xiàn)用

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數(shù)碼管循環(huán)顯示這三種數(shù)據(jù)的值，再將數(shù)據(jù)通過24L01無線發(fā)射模塊發(fā)射，遠端的24L01無線接收模塊接收到數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳送到單片機，單片機通過程序控制實現(xiàn)遠端數(shù)碼管對這三個數(shù)據(jù)的顯示。

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第2章方案分析

2.1系統(tǒng)工作原理

測量空氣濕度的方式好多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周邊的空氣中吸收水分后引起的物理或化學性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周邊空氣的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏元器件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進行濕度測量的。

測量溫度和光照強度的方式也好多，和濕度類似。測溫元件主要有熱電偶和熱敏電阻，通過與電源構(gòu)成測溫電路，隨著溫度的變化導(dǎo)致輸出的電壓量變化，再經(jīng)過ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將電壓這個模擬量的變化變成數(shù)字量的變化，這樣再將變化的數(shù)字量傳輸?shù)絾纹瑱C中，通過程序控制，進行顯示，這樣就能讀出此時的溫度值了。感光元件主要就是光敏電阻和光敏二極管，隨著光照強度的改變，光敏電阻的阻值會發(fā)生變化，通過光敏二極管的光電流則會發(fā)生變化，和溫度類似，也將其通過外圍電路轉(zhuǎn)化為電壓的改變，再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)送入單片機，從而控制數(shù)碼管顯示。

AT89C51控制系統(tǒng)，常用的單片機的類型主要有AT89C51,AT89C52以及AT89C2051等等，本系統(tǒng)選用的單片機類型為AT89C51，相對其他同類產(chǎn)品而言，此芯片具有超強的抗干擾、高速、低功耗、指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8951單片機、12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可以任意選擇等特點，綜合本系統(tǒng)的諸多狀況及設(shè)計要求，應(yīng)選用單片機AT89C51。

無線發(fā)射和接受部分，接受采集信號的單片機作為下位機，將采集后的數(shù)據(jù)通過無線發(fā)射模塊進行發(fā)射。在遠端的接收部分，通過無線接收模塊將數(shù)據(jù)傳送給上位機，同樣上位機也是一個單片機，上位機再將接收的數(shù)據(jù)傳送到數(shù)碼管進行顯示。

2.2方案設(shè)計

本方案中的濕度采集和溫度采集部分共同利用一種器件完成，DHT11是一種數(shù)

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字量輸出的溫度、濕度傳感器，其內(nèi)部采集工作原理是利用電阻式的濕敏元件和NTC感溫元件分別對濕度和溫度進行采集。電阻式濕敏元件主要使用高分子固體電解質(zhì)材料作為感濕膜，由于膜中存在可動離子而產(chǎn)生導(dǎo)電性，隨著濕度的增大，其電離作用加強，便可動離子的濃度增大，電極間的阻值減小，當濕度減小時，電離作用也相應(yīng)減弱，可動離子的濃度也減小，電極間的電阻值增大，這樣，濕敏元件對水分子的吸附和釋放狀況，可通過電極間電阻值的變化檢測出來，從而得到相應(yīng)的濕度值。NTC感溫元件是一種熱敏電阻，溫度越高熱敏電阻阻值越小，溫度越低熱敏電阻阻值越大，從而通過對電阻值得變化檢測出響應(yīng)的溫度值。DHT11可以同時采集溫度和濕度，其內(nèi)部自帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器和一個高性能的8位單片機，可以直接輸出數(shù)字量給單片機，達到對溫度和濕度的采集。一般的溫濕度采集還可以采用熱敏電阻和HS1101電容式的濕度傳感器進行，溫度改變，熱敏電阻的阻值則改變，這樣通過外圍電路就可以轉(zhuǎn)換為電壓的變化，再接一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，這樣就可以完成溫度的采集了。HS1101的電容值會根據(jù)濕度的變化而變化，這樣外圍用555芯片搭建一個多諧振蕩電路，這樣可以將濕度的變化轉(zhuǎn)換為多諧振蕩器輸出信號頻率的變化，這樣單片機計頻就可以采集出當時的濕度了。但是，與這種方法相比，DHT11溫濕度傳感器便利簡單，且能高效的同時采集出這兩種量，所以在溫濕度采集部分選用DHT11溫濕度傳感器。

光照強度采集部分和溫濕度類似，也采用數(shù)字量輸出的傳感器，BH1750FVI是一種高性能的數(shù)字量輸出的光照強度傳感器，其內(nèi)部是一個光敏元件和一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其光敏元件為一個光敏二極管，當有光照時，光敏二極管會產(chǎn)生光電流，光照強度不同，這個電流就不同，而后再經(jīng)過一個集成運放將電流轉(zhuǎn)化為電壓，再經(jīng)過一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，從而對光照強度感知后就可以直接輸出數(shù)字量的光照強度值，單片機讀取采集量的數(shù)值后進行顯示。

無線發(fā)射和接收部分，接受采集信號的單片機作為下位機，將采集后的數(shù)據(jù)通過無線發(fā)射模塊進行發(fā)射。在遠端的接收