【電子信息技術(shù)工程專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)報(bào)告：基于單片機(jī)的大棚安全控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4600字】

電子信息技術(shù)工程專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)報(bào)告：基于單片機(jī)的大棚安全控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)目錄TOC\o"1-3"\h\u16207概述 摘要當(dāng)前，溫室的使用范圍越來越廣，其能給人類帶來極大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，并產(chǎn)生良好的社會(huì)效益。傳統(tǒng)手動(dòng)進(jìn)行溫濕度控制，耗時(shí)費(fèi)力，且低效，達(dá)不到預(yù)期的目標(biāo)。在這種情況下，智能化控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，其能夠適應(yīng)人們的需要，不僅方便快捷還能精確控制。本文在了解單片機(jī)工作原理的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過按鍵模塊實(shí)現(xiàn)對溫濕度上下限的設(shè)置，通過溫濕度檢測模塊實(shí)現(xiàn)對溫濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測，并通過單片機(jī)將大棚溫濕度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在lcd屏幕上，溫度和濕度由溫度控制模塊控制。本設(shè)計(jì)可以安全可靠地檢測和及時(shí)有效地控制溫室內(nèi)的溫度和濕度，為蔬菜的生長提供了有力的保障。提出了一種自動(dòng)探測和自動(dòng)滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和安裝和測試方法，以及一種基于ZigBee無線通信技術(shù)的智能門禁系統(tǒng)，

關(guān)鍵詞：溫濕度控制；滅火系統(tǒng)；智能門禁系統(tǒng)1.引言1.1本課題研究背景及研究意義現(xiàn)如今，隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展，智能溫室大棚的出現(xiàn)是大勢所趨，它的用途也在日益擴(kuò)大。智能溫室大棚栽培，可以讓人們無論在什么季節(jié)，都能品嘗到新鮮蔬菜和水果。但對智能溫室大棚環(huán)境而言，影響農(nóng)作物成長的主要因素包括溫室中的氣溫、濕度和光照度。只有智能溫室大棚中溫濕度和光照度滿足植物的生長要求時(shí)，才能讓植物順利生長，并取得較為理想的結(jié)果。該設(shè)計(jì)主要是根據(jù)智能溫室大棚內(nèi)作物生長依賴條件，對溫度進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)檢測濕度及光照度，同時(shí)還在大棚內(nèi)裝置各種調(diào)控設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)對各類參數(shù)進(jìn)行調(diào)整的控制目標(biāo)。1.2本課題的研究現(xiàn)狀我國溫室大棚主要用于蔬菜栽培，蔬菜在農(nóng)業(yè)種植中同樣占據(jù)著重要地位，其是除糧食外，種植面積最大的作物。另外，花卉栽培中我國溫室大棚技術(shù)運(yùn)用非常普遍，大家都知道，花卉對于溫度和濕度都有著非常大的需求，一定要嚴(yán)加調(diào)節(jié)，溫度過高或過低，均會(huì)對花卉生長造成影響。云南玻璃溫室[5]為花卉種植中最重要的應(yīng)用溫室之一，它在溫濕度等信息監(jiān)測與控制上具有高度智能化的特點(diǎn)。節(jié)能型日光溫室是當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上廣泛使用的溫室類型[5]，倒是自動(dòng)化程度高的現(xiàn)代化溫室大棚，其發(fā)展相對滯后。由于我國幅員遼闊，氣候條件復(fù)雜多樣，不同地區(qū)對能源的需求也有很大差異，因此要因地制宜地選擇合適的溫室類型與結(jié)構(gòu)形式。目前來看，我國溫室大棚的發(fā)展情況仍是小型個(gè)體戶占絕對優(yōu)勢，但也正朝著大規(guī)模集體化[6]和智能化方向發(fā)展。從整體上看，我國溫室大棚種植面積居世界前列，但是在溫室大棚環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)控上仍有空白，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳感技術(shù)的發(fā)展，我國的溫室環(huán)境監(jiān)控體系也在不斷地完善和發(fā)展。根據(jù)對傳統(tǒng)溫室的優(yōu)勢和發(fā)展現(xiàn)狀的詳細(xì)認(rèn)識，并加以分析，概述了當(dāng)前溫室大棚發(fā)展應(yīng)升級的幾個(gè)主要方面。文中所提系統(tǒng)設(shè)計(jì)為一種智能化嵌入式系統(tǒng)，該系統(tǒng)以WIFI為核心，實(shí)現(xiàn)了溫室大棚周圍環(huán)境內(nèi)部信息數(shù)據(jù)的監(jiān)控，通過研究目前溫室大棚種植中影響溫室大棚生長的主要環(huán)境因子，對溫室大棚的溫度、濕度、CO2濃度這些環(huán)境因素起到的主要作用進(jìn)行測量，對這些環(huán)境要素進(jìn)行監(jiān)控，使種植人員可以及時(shí)掌握溫室大棚環(huán)境信息并作出判斷，并對其進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，同時(shí)也為研究者提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在某種程度上，能夠有效增強(qiáng)溫室大棚的種植質(zhì)量，提高種植產(chǎn)量，并促進(jìn)溫室大棚智能化和自動(dòng)化程度的提高。2設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)采用了單片機(jī)作為主控制器，包括溫濕度檢測模塊、光照檢測模塊、氣體檢測模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊、按鍵輸入模塊和繼電器模塊等。通過對室內(nèi)溫度、濕度、光照強(qiáng)度的檢測和實(shí)時(shí)顯示，確保三者的上下限閾值可按各自需求設(shè)定，在所述監(jiān)測值大于預(yù)設(shè)區(qū)間的情況下，對應(yīng)的指示燈亮起，發(fā)出警報(bào)，然后驅(qū)動(dòng)設(shè)備啟動(dòng)，調(diào)整蔬菜大棚內(nèi)的環(huán)境，并在此基礎(chǔ)上加裝了門禁系統(tǒng)和火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，同時(shí)可以對安全和室內(nèi)火情進(jìn)行檢測，確保大棚的使用安全。3具體設(shè)計(jì)2.1門禁系統(tǒng)本門禁系統(tǒng)由51單片機(jī)的最小系統(tǒng)、數(shù)據(jù)獲取模塊（指紋識別、矩陣鍵盤、RFID）、數(shù)據(jù)顯示模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊組成。具體框架圖見圖1。圖1門禁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖實(shí)現(xiàn)了以單片機(jī)為核心的電子門禁鎖設(shè)計(jì)，其主要作用有：（1）密碼由鍵盤輸入，指紋是由指紋識別器錄入的，借助射頻識別，如果密碼、指紋和卡片都是對的，那么鎖就會(huì)順利打開。反之，則無法打開。（2）若密碼輸入不正確，那么LCD1602顯示屏?xí)霈F(xiàn)fingererr，蜂鳴器響提示密碼輸入不正確。電子門禁鎖開鎖部分的設(shè)計(jì)包括：4×4矩陣鍵盤、RFID開鎖和指紋開鎖三個(gè)部分。在此基礎(chǔ)上，本門禁系統(tǒng)增加了繼電器、LED提示燈、報(bào)警蜂鳴器等。這次門禁系統(tǒng)重點(diǎn)在于一個(gè)智能電子密碼鎖，具有密碼輸入、清除、指紋錄入、刷卡，修改和開鎖的等作用。（3）設(shè)計(jì)的重心自然在解鎖，按下開關(guān)鍵，對開鎖過程進(jìn)行仿真模擬，系統(tǒng)會(huì)對輸入的密碼、指紋、卡片信息進(jìn)行檢查和核對，若這些信息都是正確的，那么鎖就會(huì)順利打開，反之，顯示屏就會(huì)出現(xiàn)fingererr。功能主要是應(yīng)對呼市周邊的自然環(huán)境，確保人能夠自由進(jìn)出大棚。2.2大棚溫濕度設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一套以單片機(jī)為核心控制器的溫室大棚環(huán)境參數(shù)智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)意在將影響溫室大棚種植質(zhì)量的環(huán)境因素的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)檢測出來并可以通過調(diào)節(jié)讓其保持在最適范圍內(nèi)。按照執(zhí)行的功能不同將整個(gè)系統(tǒng)分為顯示模塊、溫度監(jiān)測模塊、土壤濕度監(jiān)測模塊、光照強(qiáng)度監(jiān)測模塊、二氧化碳濃度檢測模塊和按鍵模塊六個(gè)模塊來設(shè)計(jì)。該控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。具體要求如下：（1）顯示模塊：把本此通過傳感器得到的四個(gè)環(huán)境參數(shù)的數(shù)據(jù)都可以顯示在屏幕上（2）溫度監(jiān)測模塊：當(dāng)大棚內(nèi)的溫度小于農(nóng)作物生長所需最低溫度值時(shí)，單片機(jī)控制開燈直到溫度大于此溫度值；當(dāng)大棚內(nèi)溫度大于農(nóng)作物生長所需最高溫度值時(shí)，單片機(jī)控制打開風(fēng)扇降溫直到溫度小于此溫度值；（3）土壤濕度監(jiān)測模塊：當(dāng)大棚內(nèi)的土壤容積含水量低于10%時(shí)，單片機(jī)控制水泵進(jìn)行灌溉，直至土壤容積含水量為30%；（4）光照強(qiáng)度監(jiān)測模塊：用于在棚內(nèi)光照強(qiáng)度低于農(nóng)作物的光補(bǔ)償點(diǎn)時(shí)，單片機(jī)控制開燈直到光照強(qiáng)度大于農(nóng)作物光補(bǔ)償點(diǎn)；（5）二氧化碳濃度監(jiān)測模塊：當(dāng)大棚里二氧化碳濃度沒有達(dá)到農(nóng)作物生長需要的合適濃度范圍時(shí)，單片機(jī)就控制風(fēng)扇開啟，直到二氧化碳的濃度值回到給定范圍中；（6）按鍵模塊：按照選取的兩種農(nóng)作物在實(shí)現(xiàn)它們高質(zhì)高產(chǎn)條件下需要保持其所在環(huán)境的關(guān)鍵環(huán)境因子的數(shù)據(jù)值的所在范圍進(jìn)行不同的設(shè)置并且可以通過按鍵切換模擬不同的農(nóng)作物種植過程；圖2.1大棚溫濕度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.3火源檢測火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)處理器由單片機(jī)對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制。在傳感器探測非電量信號時(shí)，輸出電量信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號，送至控制器處理。經(jīng)過對火災(zāi)探測算法的分析，自動(dòng)輸出對應(yīng)的儲(chǔ)存、顯示及聲光報(bào)警信號，如果數(shù)據(jù)采集值高于設(shè)定的額定值，則會(huì)進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)聯(lián)動(dòng)消防系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警，不然就會(huì)不斷被探測。圖3是設(shè)計(jì)框圖在控制器內(nèi)部由電源給控制電路能源，通過按鍵電路對控制電路以信號，當(dāng)傳感器接受到環(huán)境的變化，會(huì)給予單片機(jī)以信號，再有控制電路發(fā)出指令，讓指示燈亮起且報(bào)警器報(bào)警。圖3為系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖。圖2.1火源檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3工作分配主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)框架的整體構(gòu)建，如何通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)不同的功能，比如門禁系統(tǒng)上，選用目前市面上比較常見的指紋識別系統(tǒng)，這樣能夠更好的進(jìn)行保護(hù)整體大棚的進(jìn)出；同樣，大棚內(nèi)部環(huán)境選擇上，與同學(xué)們探討后，選擇溫度，濕度，光強(qiáng)和二氧化碳濃度作為參考量，方便系統(tǒng)功能模塊的實(shí)際設(shè)計(jì)；最后，在火源檢測上面，在老師的幫助寫接觸到了火災(zāi)探測算法，購買了相應(yīng)的功能模塊，最后保證了整體系統(tǒng)的實(shí)際拼裝和焊接。4設(shè)計(jì)目的1、設(shè)計(jì)了一種智能蔬菜大棚環(huán)境監(jiān)測裝置，采用單片機(jī)作為主控制器，能進(jìn)行室內(nèi)光照強(qiáng)度、溫度指數(shù)、濕度指數(shù)、有關(guān)氣體含量指數(shù)實(shí)時(shí)測試和顯示。2、根據(jù)其需求，通過按鍵設(shè)定溫濕度、光照強(qiáng)度和氣體指數(shù)的上下限閾值。3、當(dāng)棚內(nèi)環(huán)境因素檢測值超過設(shè)定上限值或小于設(shè)定下限值時(shí)，蜂鳴器就會(huì)發(fā)出警報(bào)聲，同時(shí)相應(yīng)設(shè)備開始動(dòng)作改善室內(nèi)環(huán)境。同時(shí)，因?yàn)榈靥幱诤羰械木売?，為了保證作物不會(huì)出現(xiàn)遭到動(dòng)物糟?；蛘呤菚?huì)與火災(zāi)，在大棚控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，額為添加了門禁系統(tǒng)和火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，保證作物的安全。5總結(jié)在前一階段大量參考前輩設(shè)計(jì)之后，筆者明確了該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。該系統(tǒng)的微處理器選型至關(guān)重要，需要選擇界面眾多、功能豐富、速率更高的微處理器，當(dāng)然這種處理器對于系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)來說也更方便，更能符合設(shè)計(jì)需要。其次對系統(tǒng)中每一部分模塊硬件的選型也非常重要，只有每個(gè)環(huán)節(jié)之間都能很好地協(xié)調(diào)和合作，系統(tǒng)才會(huì)更強(qiáng)大，還能確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。對每一個(gè)模塊都應(yīng)盡可能地選用達(dá)到系統(tǒng)效果最好的方案，但其實(shí)，完整的系統(tǒng)不只是可靠和穩(wěn)定的，它的費(fèi)用還要達(dá)到正常的標(biāo)準(zhǔn)，不應(yīng)盲目追求高精確度，拋棄成本控制。一個(gè)優(yōu)秀的系統(tǒng)，不但功能完備，而且它的成本也是最優(yōu)化的。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要具有以下幾種功能：一是完成環(huán)境數(shù)據(jù)采集與處理；二是數(shù)據(jù)資料的屏幕顯示；三是數(shù)據(jù)服務(wù)器端的上傳；四是數(shù)據(jù)預(yù)警。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，我還碰到過很多難題，比如，不熟悉芯片I/O口相關(guān)組態(tài)方法，不了解傳感器電路設(shè)計(jì)及工作內(nèi)容，缺乏對系統(tǒng)工程編譯下載以及系統(tǒng)焊接的深刻認(rèn)識，為此，筆者潛心鉆研，通過調(diào)閱本館相關(guān)專業(yè)資料，并到B站了解部分博主共享的系統(tǒng)開發(fā)知識。因此，在系統(tǒng)學(xué)習(xí)相關(guān)知識后，筆者了解了開發(fā)系統(tǒng)應(yīng)具備的方法技能，并將其運(yùn)用于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)[1]ShiquanZhuandHaoranLiandJinlongChen.IntelligentGreenhouseTemperatureandHumidityControlSystem[J].InternationalCoreJournalofEngineering,2022,8(3)[2]吳海紅.基于51單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].通化師范學(xué)院學(xué)報(bào),2021,42(12):1-6.[3]李倩,朱宇豪,華文誠,李祥.蔬菜大棚溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2020,33(08):151-152.[4]向玲.基于51單片機(jī)的蔬菜大棚控制系統(tǒng)[J].信息與電腦(理論版),2018(10):100-101.[5]唐林林.蔬菜大棚的智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].山東大學(xué),2010.[6]程捷.基于單片機(jī)的溫濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].儀表技術(shù),2019(09):43-45.[7]陸曉安.基于AT89C52的花房溫濕度與光照度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].軟件導(dǎo)刊,2018,17(10):125-128.[8]張冬林,李鑫,戴梅,全雷旺.基于DHT11的低成本蠶室溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2010(18):14-15.[9]WeiWangandMengmengZengandLiWang.TheTemperatureandHumidityControlSystemoftheNurseryEnvironmentbasedonMicrocontroller[J].InternationalJournalof