51基于單片機的溫室大棚系統設計

設計摘要：

本設計旨在基于51單片機和藍牙技術，實現一個功能完善的溫室大棚系統。該系統具備以下主要功能：首先，通過連接的顯示屏能夠實時地顯示當前的溫度和濕度信息，方便用戶了解溫室內的環境變化。其次，借助按鍵操作，用戶可以調整溫度和濕度的閾值設定，以滿足不同植物對環境要求的需求。系統還采用防水溫度檢測模塊來監測溫度，保證了系統在潮濕環境下的穩定工作。同時，利用土壤濕度檢測模塊能夠及時感知并反饋土壤的濕度狀況，給予及時的澆水指導。此外，系統還配備蜂鳴器，當溫度或濕度超出預設的閾值范圍時，會觸發報警提醒用戶。最后，通過藍牙連接手機，實現與手機的智能交互，用戶可以通過手機遠程監控溫室內的環境參數，隨時隨地調整閾值、接收報警信息等。

綜上所述，本設計的溫室大棚系統基于51單片機和藍牙技術，實現了溫濕度顯示、溫濕度閾值調整、溫度檢測、濕度檢測、報警和手機監控等功能，為溫室大棚的智能化管理提供了一種可行的解決方案。

關鍵詞：單片機；溫室大棚；數據采集；自動控制

1　引言

1.1?選題背景及實際意義

現代農業溫室大棚的廣泛應用和發展需求。隨著人口的增長和城市化的加速，對于高效農業生產的需求日益迫切。溫室大棚作為一種現代化種植方式，具有節約土地、節水、減少化肥和農藥使用等優點，成為未來農業發展的重要方向之一。然而，目前的溫室大棚管理仍然依賴于傳統的人工操作，缺乏智能化和自動化的控制手段，限制了其進一步發展和提高產能的潛力。為了解決這些問題，本設計基于51單片機和藍牙技術，旨在構建一個智能化的溫室大棚系統，提供及時準確的環境監測和控制功能。

首先，本設計通過顯示屏顯示當前的溫度和濕度信息，使用戶能夠方便地了解溫室內的環境變化。溫室內部的溫濕度對植物生長起著至關重要的作用，通過實時監測，可以更好地掌握植物所處的環境狀態，為合理調節創造條件。其次，還通過按鍵調整溫濕度閾值，實現對溫室內環境參數的精確控制。不同的植物對溫濕度的要求存在差異，因此，根據植物的需求，用戶可以自行設定溫濕度閾值，當環境參數超出設定范圍時，系統會進行相應的報警提醒，從而及時采取措施調整。此外，本設計還引入了溫度檢測模塊和土壤濕度檢測模塊，以進一步完善溫室大棚系統的功能。防水溫度檢測模塊可以在潮濕環境下穩定工作，確保溫度的準確監測；土壤濕度檢測模塊則能夠及時感知土壤的濕度狀況，提供給用戶澆水的指導，為植物的生長提供科學依據。最后，本設計利用藍牙技術實現了與手機的連接和交互，用戶可以通過手機遠程監控溫室內的環境參數。這一功能的實現不僅提高了溫室大棚管理的便利性和靈活性，還使用戶能夠隨時隨地進行環境參數的調整和管控，提高了溫室大棚管理的效率。

1.2?國內外研究現狀

國內方面，溫室大棚系統的研究也取得了突破性進展。中國農業科學院、中國農業大學等研究機構和高校，在溫室大棚自動化控制技術、環境監測與控制、作物生長模型等方面進行了深入研究。目前，國內已經出現了許多基于物聯網、傳感器技術和自動化控制算法的溫室大棚智能化管理系統，實現了對溫度、濕度、CO2濃度、光照等因素的實時監測和控制。一些企業也開始在溫室大棚系統領域進行技術創新和產品研發，推動了溫室大棚技術的進步與應用。

吳寶忠，任振輝，王娟（2018）設計基于手機APP的溫濕度傳感器系統,避開在溫室大棚布線不便的困擾,實現用戶隨時隨地監控溫室中的溫濕度;采用基于ARM Cortex—M3內核的STM32系列單片機作為控制單元,通過WiFi實現與無線溫濕度傳感器無縫連接;搭建基于PC機嵌入式軟件系統和專家控制系統,實現數據自動處理;設計溫室大棚溫濕度自動控制系統的Android移動客戶端,可實時監控溫室大棚的溫濕度參數狀況[1]。

吳鵬（2021）設計一種以51系列單片機AT89S52作為主控芯片,系統將按鍵鍵盤作為它的輸入方式,對溫濕度及CO2濃度設定范圍進行設定,且把單片微型計算機作為調度中心,接收從各個傳感器(溫度,二氧化碳濃度,濕度)傳過來的信息數據,并加以處理,判斷是否需要對溫室中的農作物使用繼電器進行補償溫度等,并將傳感器的測量結果顯示在系統中的顯示器上.實踐驗證,該設備能為農作物提供最佳的生長環境,為農業帶來更高的收成,獲得更多的利潤[2]。

陳鑫、譚曉靜（2022）設計了一種溫室大棚智能灌溉系統,采用STM32F103C8T6單片機核心板,通過溫度傳感器模塊,土壤濕度傳感器模塊,氣體傳感器模塊對溫室環境參數進行實時監測,采用模糊規則設計智能模糊控制器,根據溫室的濕度,溫度,光照等條件參數,確定電磁閥開度,實現智能灌溉的目的.該系統具有成本低廉,操作和維護簡單的特點,適合我國目前的智能灌溉控制系統,具有較強的實用性和市場價值3。

然而，在國內外的研究中仍然存在一些挑戰和問題。首先，溫室大棚系統的管理需要綜合考慮多個因素，如溫度、濕度、光照、CO2濃度、作物生長需求等，這涉及到多學科的交叉和綜合應用。其次，溫室大棚環境的動態變化和復雜性要求系統能夠快速響應和自適應調節，這對于算法的實時性和精確性提出了更高的要求。此外，溫室大棚系統的穩定性和可靠性也是一個重要的問題，尤其是在惡劣的環境條件下，系統的故障率需要得到有效控制。

2020年Vishwakarma A K , ?Bodkhe A A , ?More P .發明了溫度監控系統包括外殼、外部溫度傳感器和內部溫度傳感器。外殼可以是防爆的，并且可以包括控制器和設置在外殼內的內部顯示器。外部溫度傳感器可以配置為檢測外部溫度，內部溫度傳感器可以配置為檢測外殼內部的溫度。當外部溫度傳感器和/或內部溫度傳感器檢測到溫度達到或超過設定或指定的值或限值時，系統可以配置為執行操作或命令。在系統的實施例中，系統可以被配置成在外部溫度傳感器和/或內部溫度傳感器檢測到溫度達到或超過一定溫度的情況下停止加油[4]?。

溫室農業是在受控環境中種植作物的獨特農場實踐。天氣和氣候條件控制是溫室農業的主要概念。2020年Mahfuz N , ?Jahan R , ?Islam M M , et al研究旨在開發一種用于監測和控制溫室參數的智能系統。該智能系統可監控溫室農業的關鍵參數，如溫度、濕度、光照、土壤濕度和甲烷氣體。集成了必要的傳感器來監控這些參數。如果傳感器值處于不可接受的范圍內，系統將向用戶發送通知 SMS。開發一個Android應用程序來設置不同參數的閾值。除了自主操作外，該系統還允許用戶發送短信命令。LCD用于在現場顯示實時傳感器值。用戶將能夠從遠程控制多個溫室。該系統具有可選的數據記錄器系統，用于統計數據和進一步的科學研究[5]?。該系統將在溫室農業中發揮至關重要的作用。

與上述幾種設計方案相比，該設計方案更加方便易懂，便于實際操作，價格低廉，在集成電路的選擇上更易于使用和精巧。