基于无线传感的蔬菜大棚温湿度监控系统设计开题报告

1、课题研究背景

随着我国经济的飞速发展，人们对生活质量的追求越来越高。民以食为天，原本蔬菜在冬季的供应量并不能满足人们的需求。随着科学技术的不断进步，温室大棚种植技术，突破了传统农作物种植受自然环境、气候、地域等诸多因素的限制，对农业生产具有重大意义。温湿度的精确实时监测是保证作物在蔬菜大棚最佳温室环境下，生长发育良好、质量优、产量高、耗能低、成本低的关键环节。

根据2008年国家统计局综合局发布的第二次全国农业普查主要数据公报(第二号)内容显示^[1]，我国大棚面积465千公顷，中小棚面积也达到大棚面积的一半，其中温室面积81千公顷。在温室和大棚中大多种植经济效益更高的蔬菜，达到惊人的723千公顷。我国蔬菜大棚的总体规模虽然不断扩大，但温湿度监测手段多为人工测量和有线传输。这些测量方法设备陈旧、人力成本大、测量精度低、扩展困难、可靠性和抗干扰性低。传统的温室监测系统主要由传感器节点、有线通信线路、中央控制器等构成，整个系统需要铺设大量线缆和电源，为用户的使用维护带来许多麻烦。无线传感网络的兴起为现代农业的信息化和现代化提供了新思路和广阔的应用前景。

无线传感网络(Wireless Sensor Network, WSN)是一种全新的信息获取平台^[2]，结合了微电子、嵌入式计算机技术、无线通信等先进技术，能够协同监测、感知和采集网络覆盖区域中各种环境或检测对象的实时信息，并将处理过的信息以无线方式进行数据传输，具有大规模、无线、自组织、多跳、无中心、抗毁性强等特征。借助该技术，能够实时提供用户地面信息（空气温湿度、光照度、二氧化碳浓度）、土壤信息（土壤温湿度、墒情）、营养信息（酸碱度、离子浓度）、有害物监测与报警（动植物病虫害信息）等，这些信息为用户准确发现问题、及早调整相关种植策略，保证农作物在最佳环境下生长，逐渐实现农业从以经验为中心逐渐转为以信息为中心的生产模式，及早实现现代农业的科学化、商品化、集约化和产业化。

2、课题研究目的

我国的华北地区生长期短，而南方地区虽然冬天室外能种植一些耐寒的蔬菜，但是品种非常单一，并且如果遇到冬季寒潮或夏秋连绵阴雨等恶劣天气情况，则对早春幼苗和秋冬蔬菜生产都会造成极大的破坏，影响蔬菜的持续供应。随着人们生存品质的进步，农产品的供求量也在一直上涨，并且我国有13亿之多的人口，可耕种的土地面积和淡水资源极其匮乏，仅仅靠扩充耕地面积是远远不足的，所以作为当代大学生更要要独辟蹊径，想出更好的方法去扩大单位亩产量，减少资源浪费，避免传统人工检测所带来的浪费，减少成本，并且能在不同季节都可以种出任何蔬菜，使土地产出率和土地复种指数上升，不受季节和地域的限制，在蔬菜生长的各个阶段使得它始终处于最优的生长环境，从而生产出优质的蔬菜，平衡全年蔬菜生产，推动蔬菜大棚的大面积推广，缩小国内外差异，加速现代化农业进程，对加快我国蔬菜大棚监控系统现代化进程具有长远的意义，同时也推动了我国科学技术的发展。

3、课题研究意义

传统的蔬菜大棚监控系统需要在蔬菜大棚内装设大批的测量温度的电缆，才可以把温室内采集到的各种环境信息传输到采集器上面，因此，装配和拆卸都非常不方便，而且电缆上传输的都是模拟信号，需要对传输过来的信号进行处理，因此具有技术困难，监控系统装备投资大，信号传输不稳定，测量准确度小，使得系统测量误差大等缺点，并且国内自主研发的蔬菜大棚监控系统比较少，在准确性等方面存在大量问题。因此，经过反复改善，本课题的蔬菜大棚监控系统可以采集的温湿度，将实际温湿度值显示在数字显示器上，并且与设置的温湿度上下限进行比较，分析蔬菜大棚内的温湿度是否超越或低于所设上下限值，如果不在范围内就会触发报警信号，LED灯也会同时点亮，提示相关人员进行操作。所以该系统是适合我国发展国情的蔬菜大棚温室监控系统，这样才能提高蔬菜的品质及生产率，而且能够缩短蔬菜的正常生长周期，提高农民的工作效率，到达更高的经济效益。对人们的社会的进步和生活质量具有非常重要的意义。

1.研究内容

设计一个基于无线传感的蔬菜大棚温湿度监控系统，实现对温室的智能监控。主要包括以下几个方面：

（1）了解剖析温度、湿度对大棚蔬菜成长的作用和温室里温度参数、湿度参数调节控制的方法；

（2）以AT89C52单片机做为主控制单元，实现温度、湿度采集、存储和显示功能，并可实现超限报警、闪光提醒等功能；

（3）完成了硬件电路和软件程序的设计，尽量实现多点的温度测控；

（4）完成整个硬件设计与软件设计的联合仿真和调试。

2.预期目标

（1）进行温湿度控制系统的整体研究与设计。

（2）利用键盘设置温湿度的上下限值。

（3）利用数字温湿度传感器测量大棚内的温湿度。

（4）利用LCD对温湿度进行实时显示。

（5）软件编程及功能调试。

（6）论文撰写。

首先，对无线传感的蔬菜大棚温湿度系统的整体方案进行设计，选用合适的无线信号传输，确定整体设计方案。

其次，根据温室控制系统的设计方案，对系统的硬件部分和软件部分进行了具体设计。完成对传感器的选型，并对数据采集系统进行设计，数据采集涉及空气温湿度、土壤水分和二氧化碳传感器等。完成基于AT89C52单片机的温室测控系统硬件设计，最后，对系统进行了测试，寻找设计的不足和可以改进的地方。

具体分为以下步骤：

（1）了解无线传感原理及研究现状，硬件组成及结构、应用概况及熟练使用开发环境；

（2）了解无线温室监控系统的发展及国内外研究现状；

（3）查找设计工具相关资料；

（4）方案的选择对比；

（5）设计整个系统的框架，绘出系统框图；

（6）传感器节点硬件的设计；

（7）其他电路的设计；

（8）系统软件模块的设计编程；

（9）系统仿真及功能调试；

[1]王宗刚, 朱志斌, 张志成.基于Zigbee无线传感器网络的温室群测控系统设计[J].自动化与仪器仪表,2013,(4):49-50,57.

[2]王宗刚, 朱志斌, 张志成.基于Zigbee无线传感器网络的温室群测控系统设计[C].2013年西南三省一市自动化与仪器仪表学术年会.2013:49-50,57.

[3]刘青, 宫强.基于CC2530的ZigBee温室智能无线传感网络设计[J].绵阳师范学院学报,2015,(2):25-29.

[4]刘仲鹏, 刘丽娟, 李伟英.基于 ZigBee 网络的温室大棚环境监控系统研究[J].农机化研究,2014,(10):218-222.

[5]WillingA.Wireless sensor net work concept challenges and approaches.Elektroteelnikamp; Informationsteehnik ,2006,123(6):224-231

[6]胡斌, 王玉超, 傅振涛等.基于无线传感网的多功能简易智能温室控制系统的设计[J].现代农业科技,2017,(9):184-185,188.

[7]吕治安.ZigBee网络原理与应用开发[M]. 北京:北京航空航天大学,2008:6-8.

[8]周洪林.基于ZigBee的温室大棚自动控制与远程管理系统的研究与实现[D].西南交通大学,2015.

[9]于树科，祁宏宇.基于ZigBee的智能温室监控系统的研究与设计[J].现代计算机.2016,(34):41-44.

[10]盛凯，于会山.基于cc2530的温室大棚智能监测系统设计[J].无线互联科技,2014,(7):62-63,262.

[11]邓磊，王子敬.基于ZigBee无线网络的温度采集系统设计[J].电子元器件应用，2010,12（2）：39-41.

[12]刘毅力.焦尚彬.基于CC2530无线传感网络系统的设计[J].现代电子技术，2013,36（3）：43-45.

[13]栾学德. 基于ZigBee无线网络的智能温室环境监控系统设计[D].青岛：中国海洋大学，2013.

[14]陈涛.单片机应用及C51程序设计（第2版）[M].北京：机械工业出版社.2011

[15]陶孝海.51单片机C语言编程技巧[J].计算机时代,2009,06:41-42.