滨江学院
学年论文
题 目 大棚温湿度远程控制系统
院 系 自动控制系 专 业 自动化 学生姓名 徐铁心 学 号 20102336917 指导教师 周旺平
二Ｏ一四 年 一 月 十 日
大棚温湿度远程控制系统
徐铁心
南京信息工程大学自动控制系，南京 210044
摘要：随着大棚技术的普及，温室大棚的数量不断的增家，对于蔬菜大棚来说，最重要
的管理因素是温湿度控制。温湿度太低，蔬菜就会被冻死或停止生长，所以要将温湿度控制在设和蔬菜生长的范围内。传统的温度控制是在温室大棚内部悬挂温度计，人们以及读取温度计的值来测定大棚内温度。这种测量既耗费人力，又容易产生误差。为此现在的蔬菜大棚里有温湿度自动控制系统，以控制大棚内温度，适应生产需要。
本文结合单片机、传感器、通信和计算机技术设计了一套软硬件大棚温湿度监控系统。该系统主要由温度传感器模块电路、湿度传感器模块电路、按键模块电路、AT89C51单片机、显示模块、继电器控制模块、Zigbee无线模块和上位机监控终端组成。
关键词： AT89C51单片机； 温度传感器模块；湿度传感器模块； 按键模块； Zigbee
无线模块； 显示模块； 大棚
Abstract：With the popularity of greenhouse technology, the number of greenhouses unceasing increase, for vegetable greenhouses, the management of the most important factor is the temperature and humidity control. The temperature and humidity is too low, the vegetables will freeze to death or stop growing, so to temperature and humidity control within the scope of the set and vegetables grow. The traditional temperature control is within the greenhouses suspension thermometer, people and to read the value of the thermometer to measure temperature in greenhouses. This measure is human cost, and prone to error. Now for this vegetable greenhouses have temperature and humidity automatic control system, to control the temperature in greenhouses, meet the need of production.
Based on single-chip computer, sensor, communication and computer technology to design a set of software and hardware greenhouse temperature and humidity monitoring system. The system is mainly composed of the temperature sensor module circuit and humidity sensor module,
keys module circuit, AT89C51 single chip microcomputer, display module, relay control module, Zigbee wireless module and PC monitor terminal.
Keywords：AT89C51; The temperature sensor module; Humidity sensor module; The key module; Zigbee wireless module; Display module; greenhouses
引言
随着经济和社会的快速发展，人们的生活水平也在不断地提高，对各种反季节蔬菜的需求量也在不断地增加。反季节蔬菜的种植，主要借助温室大棚为蔬菜的生长提供合适的温湿度环境。由于不同蔬菜作物的适宜温度和湿度不同，且需要稳定在一定的范围内。仅仅依靠人工管理会出现调节不及时、不准确等问题。不仅影响蔬菜的正常生长，同时也会造成人力资源的浪费。因此需要能对大棚温湿度检测有足够的精度，并且能够实时控制的系统来代替人工操作，同时尽可能有较低的成本。
根据以上要求，本设计实现大棚温湿度检测、调节以及远程控制。用温度传感器与湿度传感器将环境的温度和湿度转换成数字量信号供单片机AT89C51采集与处理，并且将温湿度数据实时显示于显示模块。按键模块用于设定温度与湿度的上限和下限值。当系统的温度高于设定的上限值时，单片机将驱动继电器模块电路用于打开风扇电源开关。当系统温度值低于设定的温度值时，单片机将驱动继电器模块电路用于打开热风机电源开关。当系统湿度高于设定的上限值时单片机降驱动继电器模块电路用于打开风扇电源开关。当系统湿度低于设定的下限值时单片机降驱动继电器模块电路用于打开洒水开关。系统在运行的同时将温度、湿度数据以及各路继电器的开关状态通过无线模块发送给远程的上位机监控终端，以便于远程实时监控。同时上位机终端也可以发送控制命令来控制继电器的开闭来实现人工远程控制。
我国的农业正处于从传统农向优质、高效、高产为目的现在化农业转化的新阶段。但由于我国的温室业起步晚、发展的时间短，造成我国的温室自动化技术水平比较低，现代管理程度不够高温室环境监测条件比较差，这迫切需要在技术上进一步改进和提高。因此，现代化温室信息自动采集及智能控制系统的开发已越来越引起人们的重视，如何利用自动控制系统有效的控制温室环境，以提高温室环境的控制精度是我国科研急待发展的项目。
一 国内外发展状况
1.1国外温室大棚发展状况
国外的温室栽培历史可追溯到公元前三年，从上世纪七十年代开始。西方一些发达国家尤其是欧美比较快的发展温室种植技术，向美国、以色列、加拿大等发达归国家开始采用仪表采集温室中的现场信息并根据指示进行控制，基本实现农业生产的机械化以及自动化。但是当时温室控制中只是利用到单因子控制技术即只是对温湿度、光线强度、CO2等环境条件分别进行控制.
温室领域的控制技术伴随着计算机技术的发展与应用也再不断发生变化。美国出现了一种融合了气候调节、农田灌溉与作物的肥料供应的一个整体的一体化温室网络管理系统，该系统通过对各种生长管理进行融合然后根据传感器的输入来调节各部分进行执行工作，已达到最经济最有效的手段进行控制温室。
以色列温室农业采用计算机环境控制系统，具有先进的温室结构及空气温湿度系统，配合幕帘、天窗等辅助设备，自动调节光线强度。监控室内的中心计算机与现场控制器相互通信，方便地控制滴灌和微喷灌系统进行灌溉和施肥，可达到80%~90%的水肥利用率。
加拿大温室农业使用计算机辅助温室管理软件，对生产过程中采集的数据进行实时的分析处理、降低生产成本，减少农药使用，提高温室经济效益。
总之，国外智能温室产业发展早，经济效益高。随着微型计算机技术的不断进步，现代测控技术、无线网络技术、远程遥感技术以及专家系统技术等 在温室的控制与管理上的应用，大大提高了温室控制系统的先进性，并且许多研究者新的控制思想和控制算法来改善温室系统的控制。以计算机技术为核心的温室综合环境控制系统，真正迈入智能化、网络化阶段。
1.2国内温室大棚发展状况
我国的农业发展已有相当长的历史，蔬菜、花卉等农作物的种植栽培技术早在两千年就已经开始发展了。20世纪30年代，我国北方地区就开始在冬季利用原始的塑料大棚种植蔬菜。但这种温室大棚的光照，温度等环境条件都还不能满足喜温作物的生长需求。
20世纪80年代，我国农业科研人员在温室环境的控制和管理领域开始应用计算机，对温室中的温度、湿度、光照等环境因子的控制技术进行研究。1982年，中国农业科学研究院建立了第一个农业系统计算机研究机构，并首次在温室环境的控制中应用了计算机系统。温室环境控制系统的研究在我国逐步发展起来。
20世纪90年代，我国开始根据自己的国情及当时的温室大棚，开始设计适合中国的温室大棚控制系统。先后有中国农机化研究院研制出新型的温室环境智能控制系统：北京农业大学研制出的小型分布数据采集控制系统“WJG- 1型温室环境监控计算机管理系统”；江苏
理工大学研制的智能温室群集散控制系统；中国农业大学设计研制的山东省济宁大型育苗温室计算机分布式控制系统等一系列新型的温室控制系统。
进入21世纪后，温室环境控制技术在国内又得到了较快的发展。但由于一般采用单片机嵌入式测控系统作为控制系统，形成的是单片机系统，所以人机界面很不友好，非专业人员使用困难，难以操控，所以自动控制模式一般处于闲置状态，造成资源的浪费。
总体上看，我国温室农业的自动化水平及智能化技术程度与发达国家相比，还处于落后水平，并且与发达国家相比还存在着较大的差距。因此，我们应该研制出设和我国农业发展的国情的初能温室控制系统，并广泛的推出应用在农业的生产中。
1.3 温室控制系统发展趋势
随着现在农工业技术及计算机技术的发展与进步，温室环境控制系统也正向着智能化、信息化、优质、高效、低耗等方向发展。
1）多因子控制方向
温室大棚内的温度、湿度、光线强度、CO2浓度等他们之间的耦合性的很强。当其中的某一环境因子变化时将对其他的环境因子变化时刻将对其他的环境因子也会产生影响，所以单因子控制方法将难以实现温室大棚内环境的调节，这就要求控制方式由的单因子控制向着多因子控制方向发展，提高温室大棚环境控制的控制效果。虽然多因子的控制方法应用前景良好，但现阶段的技术水平还难实现。
2）温室控制智能化
随着科学技术的飞速发展，温室控制系统的自动化水平不断提高，由原来单一的数据采集和控制，向着以专家系统为代表的智能化系统发展。由于温室环境的控制过程极其复杂，它是具有变量多、耦合强、干扰大的复杂系统，其数学模型难以建立，因此常规的工业控制方法很难实现。美国、荷兰、日本等于一些温室技术比较先进的发达国家，开始将模糊控制、神经网络控制、遗产算法等先进的控制算法应用到温室控制系统中，温室生产基本实现了自动化及智能化。
3）温室分布式控制系统
目前大部分温室控制系统都采用一台主机电脑和多个具有单独控制功能的终端处理设备构成。主机-终端的模式，通过一台计算机做控制中心对其他子系统进行控制管理。这种模式控制的灵活性好，可靠性低，如果主控计算机一旦出现故障，整个的控制便无法正常工作。因此分布式计算机控制系统将成为温室控制系统的发展方向，改系统采用服务器--客户模式，即整个系统的控制功能不是由控制中心的计算机完成的，而是由系统中的，每一个子处理器（PLC、单片机）进行处理所采集的数据并进行控制，每个子处理器不受控制中心的影响而独立工作。分布式控制系统由于具有可靠性高，扩展功能强以及适应性好等优点，而将会成为温室控制系统发展的方向。
4）温室控制信息化、网络化
在高科技发展迅速的现代社会，导致信息化、网络化发展进程的加速，因此将网络信息技术应用到温室大棚的控制系统将会发展成一种潮流趋势。随着现代测控技术、网络技术、无线传输技术以及计算机技术的不断进步，温室大棚环境控制系统的发展将会向着开放式、多因子、多层次以及综合性的方向发展。