嵌入式技术在温室环境监测系统中的应用

摘要温室大棚是当今全球设施农业的重要组成部分，是现代全球农业发展的重点之一。它可以在瞬息万变的自然条件下为作物生长人为创造一个适宜的环境。全球温室种植业的实践经验表明，提高温室的智能控制和管理水平可充分发挥设施农业的高效性。而我国在温室大棚智能控制方面的应用跟世界发达国家相比还有较大的差距。目前国内设施温室应用的主要环境变量测控系统大多为国外进口产品，这些产品技术含量非常高，测控效果非常好，但相对价格非常高，通常只被应用于国内少见的大型或高档连栋温室。少数国产装置无论技术水平还是测控效果均不甚理想，尤其是缺少能够应用于我国常见的中小型日光温室的低成本智能测控装置。本文结合当今最热门的嵌入式技术和无线传感器网络技术，并根据目前国内常见中小型日光温室环境控制需求，设计并实现了一套设施农业日光温室智能嵌入式控制系统。关键词：温室控制，嵌入式系统，设施农业，无线传感器引言随着社会经济的快速增长，现代农业已成为我国农业的发展方向，尤其是随着人口的增长，需求的不断增加，耕地的日益减少，更加促使了农业现代化的快速发展，高投入高产出的现代农业种植理念，使得设施农业成为世界农业现代化的一个重要发展方面，从传统农业向优质高效的现代化农业转变成为我国农业发展历史上新的阶段，设施农业是我国今后较长时期内农业发展的一个主要方向。设施农业就是一种利用农业工程手段，在农业生产上用改善自然环境的办法，来获得植物最适宜的生长条件的方法，即用人工控制环境因素来满足植物最佳生长条件从而获得最大的经济效益；是科技含量高、高投入、高产出、高效益的集约化生产方式。设施农业关键作用，就是能解决农业生产若干必须的气候条件，包括光、温、水、气等在匹配上的理想化。随着科学技术的发展，先进的、尖端的科学技术已逐步应用于设施农业中。作为现代生物技术和工程技术的集合，设施农业涵盖了建筑、机械、环境、自动控制、品种、栽培、管理、市场等多个领域、多种系统，设施农业中温室工程的建设与发展是都市现代农业发展的重要组成部分，是设施农业发展的高级阶段。温室工程是以综合国力的强盛为背景，以农用工业的发展为基础，以生物技术、工程技术、信息技术的发展为依托的高新技术产业。温室作为设施农业的生产车间，可以为农作物创造出最佳的生长条件、通过改变温室内农作物的生长环境来避免外界恶劣环境气候变化对其影响。国内外温室种植业的实践经验表明，提高温室自动控制和管理水平是现代温室生产中的重要课题。温室控制的重要目的是通过改善温室环境，为作物生长创造有利条件，实现高产高效与可持续发展。随着世界各国温室面积不断扩大以及自动化装备的不断创新与应用，设施农业生产进入了新的发展阶段，温室控制技术的发展对于温室产业乃至我国的农业现代化进程具有深远的影响。因为传统温室内的人为环境调控能力很低，工作人员又不能及时准确地了解和调控温室内的各种环境参数值，不能给植物生长发育提供适宜的生态环境，使产品的产量和品质都受到了很大影响。农业要再有大的发展，增强温室内的人为环境调控能力势在必行。随着嵌入式技术、移动通信技术、智能传感技术以及自动控制技术的迅猛发展，温室控制技术也向着数字化、网络化、智能化方向发展。1/302/30目录摘要1引言2目录3一绪论11.1设计题目11.2设计要求11.3作用与目的1二设备及软件2Proteus仿真软件2Keil软件2三系统设计方案3系统总体设计3各单元电路设计3四系统硬件设计5系统整体设计5单片机的选择5STC89C52介绍5STC89C52单片机的引脚说明5STC89C52单片机最小系统64.3.1引脚功能及描述7工作模式8温湿度传感模块8二氧化碳检测模块94.6终端显示模块94.7湿度报警电路10五系统软件设计11主程序流程设计11数据采集发送程序流程设计12数据接收显示程序流程设计12中断程序流程设计13报警子程序流程设计13六系统仿真调试分析14仿真调试工具14软件调试14硬件调试14显示模块调试14报警电路调试15仿真调试结果15七设计中的问题及解决方法16八嵌入式系统学习心得17参考文献18#/30附录2：系统程序清单#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineLCD_DBP2sbitDQ=P1A0;sbitBUZZER=PM1；sbitPWM=P1A2;sbitLCD_RS=P1A4；sbitLCD_RW=P1A5；sbitLCD_E=P1A6；sbitHEAT=P1A7；voidinitial(void)；voidread_DHT11(void)；voidLCD_write_mand(unsignedchar)；voidLCD_display_char(unsignedcharx,unsignedchary,unsignedchardat)；unsignedcharread_DHT11_char(void)；voidcontrol_temperature_humidity(void)；voiddelay_xms(unsignedinttime_xms)；voiddelay_x10us(unsignedinttime_x10us)；unsignedcharstop_system=0；unsignedcharlineOne[]="TS(0-50):C"；unsignedcharlineTwo[]="HS(20-90):%RH"；unsignedintT0_number=0,T1_number,PWM_width_H；unsignedchartemperature_ten,temperature_one,humidity_ten,humidity_one；unsignedchartemperature_H,temperature_L,humidity_H,humidity_L,checkData；voidinitial(void){unsignedchari,j；TMOD=0x11；//定时器0工作方式1，16位计数器；定时器1工作方式1，16位计数器TH1=OxFC;〃定时器1溢出周期1ms，延时TH1=0x66；THO=0xFC;〃定时器0中断周期1ms,PWMTL0=0x66;EA=1;ET1=1;ET0=1;EX0=1;IT1=1;TR0=1;LCD_write_mand(0x38);LCD_write_mand(0x0c);LCD_write_mand(0x06);LCD_write_mand(0x01);〃设置8位格式，LCD_write_mand(0x38);LCD_write_mand(0x0c);LCD_write_mand(0x06);LCD_write_mand(0x01);//设置整体显示，关闭光标，且不闪烁//设置输入方式，增量不移位//清屏for(i=0;i<16;i++){LCD_display_char(i,1,lineOne[i]);}for(j=0;j<16;j++){LCD_display_char(j,2,lineTwo[j]);}LCD_display_char(14,1,0xDF);//显示}voidread_DHT11(void){DQ=0;delay_xms(18);DQ=1;delay_x10us(2);if(DQ==0){while(DQ==0);while(DQ==1);humidity_H=read_DHT11_char();humidity_L=read_DHT11_char();temperature_H=read_DHT11_char();temperature_L=read_DHT11_char();}}unsignedcharread_DHT11_char(void){unsignedchari,temp_one,temp_two;for(i=0;i<8;i++)while(DQ==0);delay_x10us(3);if(DQ==0){temp_one=0;}else{temp_one=1;}temp_two<<=1;temp_two|=temp_one;while(DQ==1);}returntemp_two;}voidLCD_write_mand(unsignedchar){LCD_DB=;LCD_RS=0;LCD_RW=0;LCD_E=1;delay_xms(1);LCD_E=0;delay_xms(5);}voidLCD_display_char(unsignedcharx,unsignedchary,unsignedchardat){if(y==1){LCD_write_mand(0x80+x);}else{LCD_write_mand(0xc0+x);}LCD_DB=dat;LCD_RS=1;LCD_RW=0;LCD_E=1;delay_xms(1);LCD_E=0;delay_xms(5);}voidLCD_display_DHT11(void){temperature_ten=temperature_H/10+0x30;temperature_one=temperature_H%10+0x30;humidity_ten=humidity_H/10+0x30;humidity_one=humidity_H%10+0x30;LCD_display_char(12,1,temperature_ten);LCD_display_char(13,1,temperature_one);LCD_display_char(11,2,humidity_ten);LCD_display_char(12,2,humidity_one);}voidcontrol_temperature_humidity(void){if(temperature_H>28)〃温度f转速{PWM_width_H=100;}elseif(temperature_H<18){PWM_width_H=0;HEAT=1;}else{if(temperature_H>=23){HEAT=0;}PWM_width_H=(temperature_H-18)*10;}if(humidity_H>65IIhumidity_H<45)〃湿度f蜂鸣{BUZZER=1;}else{BUZZER=0;}}voiddelay_xms(unsignedinttime_xms){T1_number=0;TR1=1;while(1){if(time_xms==T1_number){break;}}TR1=0;}voiddelay_x10us(unsignedinttime_x10us){while(time_x10us--){_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();}}voidmain(void){initial();while(1){delay_xms(2000);read_DHT11();LCD_display_DHT11();control_temperature_humidity();}}voidINT_0(void)interrupt0{s