基于单片机的日光温室远程监控系统设计

发布时间：2021-04-24 09:19

近些年来温室技术的发展日新月异,与此同时温室大棚的规模也逐年增加。从最初的单体温室发展到现在大面积的连栋温室的出现,所以对于温室技术的要求也就越来越高,随之而来的就是温室内需要采集的参数不断增多,控制量也在不断的增加。传统的单一测控温室环境参数的技术早已经被当下的温室技术所淘汰。现如今的,温室控制系统应该是综合测控包括温湿度、二氧化碳、光照、土湿等一系列环境参数,为温室内作物体统一个更好的小气候系统,为人们提供一个更智能化自动化的温室系统,现已成为温室控制系统发展的必然趋势。本文通过对温室环境参数进行分析,提出一个温室监控系统的整体方案,该系统包含三个部分:第一部分是由用户端上位机构成的中心数据层,主要作用是为用户显示当前温室内环境参数信息,同时可以根据用户的需要制定控制方案对温室进行远程智能控制;第二部分是控制与交换层,以STM32微控制器为核心的温室主控制器、Zigbee协调器以及控制模块所构成。通过以太网以及Zigbee无线网络,分别结合Modbus/TCP以及Z-Stack协议栈与用户端上位机以及终端设备进行数据交换,实现采集二氧化碳、温度、土湿以及光照度的环境参数。温室主控制器通过控制继电器,实现控制温室环境的目的。第三部分是终端业务层也就是系统的采集部分,该部分以51单片机为核心组成采集模块。本设计主要是为了辅助管理温室,对温室内环境参数进行监测与控制,为温室农作物的生长提供一个更好的气候条件。由于条件有限文章在验证部分仅对灌溉功能进行验证,对其他环境参数的控制有待以后完成。经验证该系统能够实现对温室的二氧化碳浓度、土壤水分含量、光照度、温度进行实时监测,能够实现对温室内作物进行手动和自动的灌溉控制。
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP277;S625

文章目录

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 课题的目的及意义

1.2 温室控制技术及国内外研究现状

1.2.1 国外温室技术的发展

1.2.2 国内温室技术的发展

1.2.3 国内外温室技术的发展总结

1.3 温室控制技术的发展趋势

1.4 本文的研究内容

第二章系统总体方案设计

2.1 温室监控系统的设计思想

2.2 温室内的环境因子分析

2.3 关键技术支持

2.3.1 RS-232总线

2.3.2 RS-485总线

2.3.3 Zigbee无线传输

2.4 温室监控系统的总体方案设计

2.5 本章小结

第三章系统的硬件设计

3.1 温室主控制器STM32的硬件设计

3.1.1 单片机的选择

3.1.2 最小系统设计

3.1.3 电源模块设计

3.1.4 实时时钟模块设计

3.1.5 控制模块电路设计

3.1.6 开关信息反馈电路设计

3.1.7 以太网接口电路设计

3.1.8 RS232通信模块设计

3.1.9 Zigbee无线通信模块设计

3.1.10 LED状态指示模块设计

3.1.11 数据存储模块

3.2 采集模块的硬件设计

3.2.1 51单片机最小系统电路设计

3.2.2 采集电路设计

3.2.3 LCD液晶显示模块设计

3.3 传感器的选择

3.3.1 温度传感器

3.3.2 土壤水分含量传感器

3.3.3 光照度传感器

3.3.4 二氧化碳浓度传感器

3.4 本章小结

第四章温室监控系统的软件设计

4.1 温室监控系统的软件设计概述

4.2 系统逻辑控制软件设计

4.2.1 温室监控系统控制模式软件设计

4.2.2 温室环境控制软件设计

4.3 系统通讯的软件设计

4.3.1 通讯协议的选择

4.3.2 系统通讯的软件设计

4.3.3 Modbus/TCP通讯设计

4.3.4 Modbus/RTU通讯设计

4.4 Zigbee无线网络的设计

4.4.1 Zigbee无线网络的软件设计方案

4.4.2 通讯协议的设计

4.4.3 Zigbee网络节点的软件设计

4.5 本章小结

第五章系统的性能与结果分析

5.1 上位机监控界面

5.2 系统的软件监控功能测试

5.3 本章小结

第六章总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间论文发表情况

【相文献