植物大棚种植环境控制设计开题报告

1. 研究目的与意义

近年来,随着社会经济水平的不断发展,人们生活水平的提高,反季节水果的需求越来越大。更多的新型科学技术也被运用到种植中,智能植物大棚的建设为农业发展贡献了很大的力量,智能植物大棚的普及非常迅速。基于国外智能植物大棚的先进理念,智能监测及控制技术可使大棚中的作物始终处于最佳生长环境，保证作物的产量以及质量,实现农业高效生产。

植物大棚种植环境，对环境温度、湿度、光照等有较高要求，这些要素直接关系到农作物的生长，要想提高产量，需要对这些参量进行实时监控，利用电子技术集成传感器无触点的控制方式，使控制系统的构成灵活多样，各种单片机传感器组成的高精度智能化控制系统，能为本设计检测系统提供很好的解决方案。本课题要求，利用光照传感器、温湿度传感器、单片机处理器、电机驱动等构成大棚种植环境控制系统。可以输入温湿度上下范围，当环境超过设置范围，系统报警，开启风扇或加热装置。当光照过强，自动拉起遮阳板。本设计结合实际需求，具有一定的实用价值。

2. 课题关键问题和重难点

需要解决的关键问题如下：

(1) 寻找适合要求的传感器。传感器是整个植物大棚环境控制系统的首要环节，同时更是系统的关键部件，它的灵敏度、测量范围等都会影响所测得数据的准确性，而数据的准确性是整个系统的基础，因此一定要根据要求选择合适的温度、湿度等传感器。

(2) 选择合适的单片机。单片机系统应该具有可靠性高、操作维护方便、性价比高等特点，否则经济价值和现实意义太小。

3. 国内外研究现状（文献综述）

温室是一种可以改变植物生长环境、为植物生长创造最佳条件、避免外界四季变化和恶劣气候对其影响的场所。它以采光覆盖材料作为全部或部分结构材料，可在冬季或其他不适宜露地植物生长的季节栽培植物。温室生产以达到调节产期，促进生长发育，防治病虫害及提高质量、产量等为目的。而温室设施的关键技术是环境控制，该技术的最终目标是提高控制与作业精度。

（1）国外对温室环境控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80 年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温室控制技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。世界发达国家如荷兰、美国、以色列等大力发展集约化的温室产业，温室内温度、光照、水、气、肥实现了计算机调控，从品种选择、栽培管理到采收包装形成了一整套完整的规范化技术体系。美国是最早发明计算机的国家，也是将计算机应用于温室控制和管理最早、最多的国家之一。美国有发达的设施栽培技术，综合环境控制技术水平非常高。环境控制计算机主要用来对温室环境(气象环境和栽培环境)进行监测和控制。以花卉温室为例，温室内监控项目包括室内气温、水温、土壤温度、锅炉温度、管道温度、相对空气湿度、保温幕状况、通窗状况、泵的工作状况、co2浓度、ec调节池和回流管数值、ph调节池和回流管数值;室外监控项目包括大气温度、太阳辐射强度、风向风速、相对湿度等。温室专家系统的应用给种植者带来了一定的经济效益，提高了决策水平，减轻了技术管理工作量，同时也为种植带来了很大方便。

（2）从国内外温室控制技术的发展状况来看，温室环境控制技术大致经历三个发展阶段: 1)手动控制这是在温室技术发展初期所采取的控制手段，其时并没有真正意义上的控制系统及执行机构。生产一线的种植者既是温室环境的传感器，又是对温室作物进行管理的执行机构，他们是温室环境控制的核心。通过对温室内外的气候状况和对作物生长状况的观测，凭借长期积累的经验和直觉推测及判断，手动调节温室内环境。种植者采用手动控制方式，对于作物生长状况的反应是最直接、最迅速且是最有效的，它符合传统农业的生产规律。但这种控制方式的劳动生产率较低，不适合工厂化农业生产的需要，而且对种植者的素质要求较高。2)自动控制。这种控制系统需要种植者输入温室作物生长所需环境的目标参数，计算机根据传感器的实际测量值与事先设定的目标值进行比较，以决定温室环境因子的控制过程，控制相应机构进行加热、降温和通风等动作。计算机自动控制的温室控制技术实现了生产自动化，适合规模化生产，劳动生产率得到提高。通过改变温室环境设定目标值，可以自动地进行温室内环境气候调节，但是这种控制方式对作物生长状况的改变难以及时做出反应，难以介入作物生长的内在规律。目前我国绝大部分自主开发的大型现代化温室及引进的国外设备都属于这种控制方式。.3)智能化控制。.这是在温室自动控制技术和生产实践的基础上,通过总结、收集农业领域知识、技术和各种试验数据构建专家系统，以建立植物生长的数学模型为理论依据，研究开发出的一种适合不同作物生长的温室专家控制系统技术。温室控制技术沿着手动、自动、智能化控制的发展进程，向着越来越先进、功能越来越完备的方向发展。由此可见，温室环境控制朝着基于作物生长模型、温室综合环境因子分析模型和农业专家系统的温室信息自动采集及智能控制趋势发展。

4. 研究方案

本设计以stc51单片机 dht11的温度、湿度测量和控制系统为核心来对温湿度进行实时巡检。单片机能独立完成各自功能，同时能根据主控机的指令对温度进行定时采集。测量结果不仅能在本地显示，而且可以利用单片机把温室中的温度、湿度等参数及时上传至上位机，并与设定值进行比较，与设定值不符时采取相应的处理措施，以实现恒温恒湿环境。在设计的过程中充分考虑到性价比和精度，在选用低价格、通用元件的的基础上，尽量满足设计要求，并使系统具有高的精度。本控制系统以单片机的控制为核心，实时监测环境的温度和湿度，并设定了这两个参数的上下限定值，并具有相应的报警系统，当超过设定的限定值时，单片机控制报警系统进行报警。而且同时驱动继电器打开相应的开关使相应的执行机构运行。当参数值恢复到设定值范围内时，单片机控制执行机构停止运行。从而使环境的温湿度在一定的范围内得到控制。

植物的生长是在一定环境中进行的，在生长过程中受到环境中各种因素的影响,其中对植物生长影响最大的是温度、湿度和光照度。环境中昼夜的温度、湿度和光照度的变化大，对植物生长极为不利。现代温室有内外遮阳系统、加温系统、自然通风系统、湿帘风机降温系统、补光系统、补气系统、环流风机、灌溉系统、施肥系统、自动控制系统等常用的环境系统，能够对植物的生长进行合理的控制,而如何才能合理地控制这些配套设备的运作和协同则需要有一套完善的硬、软件温室系统进行控制。因此，本系统就是利用价格便宜的一般电子器件来设计一个参数精度高，控制操作方便，性价比高的应用于农业种植生产的温室大棚测控系统。本控制系统采用宏晶科技公司生产stc51系列单片机控制器。该单片机具有强加密性,无法解密，具有超强的抗干扰性能，且芯片内部自带看门狗。其不需要依靠任何烧录器,直接通过电脑上的串口以isp方式进行烧录。这种单片机的烧录方式操作简单容易，程序的调试灵活，修改方便,且不受地域、时间和环境的影响和限制，可为以后产品的改进和升级提供方便。

总体方案设计：

5. 工作计划

第 1 周 接受任务书，领会课题含义，按照要求查找课题相关资料；

第 2 周 阅读课题相关资料，理解有关内容，并做好必要的整理工作；

第 3 周 翻译相关英文资料，提出拟完成本课题的方案，写出相关开题报告一份；