基于物联网技术应用的农业智能化方案毕业论文27.pdf

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1、 毕业设计(论文)报告 题目名称：题目名称：基于物联网技术应用的农业智能化方案设计 学生姓名：学生姓名：马腾 学学 号：号：111111111 二级学院（系）二级学院（系）/专业：专业：能源与电气工程学院/电气自动化技术 班班 级：级：电气 1061 班 指导教师：指导教师：严明良老师 2013 年 05 月 27 日 毕业设计（论文）报告纸 共 页 第 2 页 装 订 线 摘 要 中国农业的发展必须走现代化农业这条道路，随着国民经济的迅速增长，农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分，加之近年来物联网技术的发展和日趋成熟。现代化农业生产中的重要一环

2、就是对农业生产环境的一些重要参数进行检测和控制。本课题是以物联网技术为落脚点，实现花卉种植中温度、湿度、光照、空气流通等环境因素的可控化。并以温控系统模块作为典型，进行深入讲解，系统中的其他模块，大同小异，在此不再赘诉。本温控系统以 AT89C51 单片机为控制核心，利用温度传感器 AD590 对花卉大棚内的温度进行实时采集与控制，实现温室温度的自动控制。本系统由复位子模块、温度采集子模块、加热子模块、降温模块、按键以及显示模块六个部分组成。可以通过按键设定温室的温度值，采集的温度和设定的温度通过 LED 数码管显示。当所设定的温度值比采集的温度大时，通过加热器加热，以达到设定值；反之，开启降

3、温风扇，以快速达到降温效果。通过该系统，对花卉大棚内的温度进行有效、可靠地检测与控制，从而保证大棚内的花卉在最佳的温度条件下生长，提高品质和产量。关键词：物联网；单片机；温度传感器；温度显示；键盘输入；温室 毕业设计（论文）报告纸 共 页 第 3 页 装 订 线 ABSTRACT Development of Chinas agricultural must take this path of modern agriculture,with the rapid growth of the national economy,agricultural technology of research

4、and application takes more and more attention.Especially in greenhouses which have become an important part of effective agriculture,besides the appearance and growing up of Internet of Things(LoT)technology recently.One of the important parts of modern agricultural production is some important para

5、meters for detection and control.This topic is based on the technology of the Internet of things,control temperature,humidity,illumination,air and other environmental factors.And to the temperature control subsystem as a typical,will be in-depth explained.the other subsystems are more or less the sa

6、me,it will no longer be redundant explained.This subsystem takes the AT89C51 single chip as the control core,using the temperature sensor AD590 to carry on real-time gathering and controlling to the greenhouse of vegetables,so it can realizes auto-control to the greenhouses temperature.This subsyste

7、m contains the miniature single chip subsystem module,the temperature gathering module,the heater module,the drop-temperature module,the key pressed module and the display module.The gathering temperature or the setting temperature is displayed through the seven-seg LED.It can be established new tem

8、perature value in the greenhouse through pressing buttons,when this temperature value is higher than the gathering temperature value,then makes the heater work in order to achieve the defined value;Otherwise,the heater knocks off,and opens the ventilator as fast as to achieve the supposed temperatur

9、e.It will be effective and reliable to exam and control the temperature of the greenhouse by using this system,thus guarantee the crop growing fine under the best temperature condition,and enhances the crops quality and output.Key words:Internet of Things;Single chip;Temperature sensor;Temperature c

10、ontrol;Temperature display;Keyboard entry;Greenhouse 毕业设计（论文）报告纸 共 页 第 4 页 装 订 线 目目 录录 摘 要.1 绪 论.5 第一章 物联网的基本概念.6 1.1 物联网概述.6 1.2 物联网的起源.6 1.3 物联网的定义.6 1.4 物联网技术.8 第二章 物联网技术应用于农业的市场前景分析及案例.9 2.1 前景分析.9 2.2 最新物联网智能化农业大棚实施案例.9 第三章 某花卉种植温室大棚的智能化系统设计方案.12 3.1 需求分析.12 3.2 系统控制对象概述.13 3.3 系统设计.14 3.3 环控因子

11、.17 3.4 控制系统设计要求.17 3.5 温度监控系统模块.17 结束语.24 参考文献.25 致 谢.26 附件一.27 毕业设计（论文）报告纸 共 页 第 5 页 装 订 线 绪 论 我国是一个农业大国，又是一个自然灾害多发的国家，农作物种植在全国范围内都非常广泛，农作物病虫害防治工作的好坏，及时与否对农作物的产量、质量影响至关重要。农作物出现病虫害时能够及时诊断对农业生产具有重要的指导意义，而农业专家又相对匮乏，不能够到在灾害发生时及时出现在现场，因此农作物无线远程监控技术在农业领域将会得到长足发展。从产业规律和世界发展规律来看，家庭是农业经营最有效的主体，我国面临的问题是家庭经营

12、规模过于细小，成本高、风险高。我们强调要实现两个转变，一是家庭经营要向采取先进科技和生产手段的方向转变；二是统一经营要向发展农户联合与合作，形成多元化、多层次、多形式经营服务体系的方向转变。创新农业经营体系，就是要使农村的生产关系更加适应当前生产力发展，把各种农业经营主体的优势发挥出来。2013 年中央一号文件提出了构建集约化、专业化、组织化、社会化相结合的新型农业经营体系。在越来越多农村人口外出打工就业的背景下，创新农业经营组织，创新农业生产经营体制将是我国农业经济的发展方向。鉴于此，一项可以满足需求的技术呼之欲出物联网技术。毕业设计（论文）报告纸 共 页 第 6 页 装 订 线 第一章 物

13、联网的基本概念 1.1 物联网概述 物质、能量和信息是物质世界的三大要素，是人类社会赖以生存的发展的基础条件。随着信息技术的不断发展，人们日益意识到信息已成为不可或缺的资源，信息的采集、传送、储存、处理、开发和利用已经成为当今社会生产、生活的重要产业链，信息化成为新经济时代的基本特征，互联网和移动通信网的产生，发展和成熟应用是其基本标志，主要解决的是人与人之间的通信问题。进入 21 世纪以来，随着射频识别技术、近距离通信技术、微机电技术、无线传感网络技术、以及第 3 代、第 4 代移动通信技术的快速发展，一种既能实现人与人通信又能实现人与物、物与物之间直接通信的全新网络构架物联网（Intern

14、et of Things,IoT）正日益走进人们的生活。互联网深刻地改变着世界，让人与人的距离越变越小，而物联网的出现将再次改变人们的世界观，让世界更紧密地融合在一起。1.2 物联网的起源 1995 年，比尔盖茨在未来之路一书中提及“Internet of Things”（物联网）的概念。1998 年美国麻省理工学院（MIT）创造性地提出了基于电子产品编码的物联网系统的构思，并于次年成立了 Auto-ID 研究中心，进行射频识别（RFID）技术的研发在美国统一代码委员会的支持下，将 RFID 与互联网结合，提出基于物品编码、RFID 技术和互联网等技术，“把所有物品通过射频识别等信息传感设备与

15、互联网连接起来，实现智能化识别和管理”的物联网解决方案。1999 年，在美国召开的移动计算和网络国际会议上指出“物联网”“是下一个世纪人类将面临的又一个发展机遇”。中国科学院同年启动了传感网研究，并建立了部分实用的传感网。发展至今，根据物联网采用技术不同，物联网有以下几种形式：在 RFID 网络的基础上构建基于 RFID 的物联网；在传感网络的基础上构建基于传感器的物联网；将 RFID 技术和传感器技术融合，构建更广义的物联网。1.3 物联网的定义 中国物联网校企联盟将物联网定义为当下几乎所有技术与计算机、互联网技术的结合，实现物体与物体之间；环境以及状态信息实时的实时共享以及智能化的收集、传

16、递、处理、执行。广义上说，当下涉及到信息技术的应用，都可以纳入物联网的范畴。而在其著名的科技融合体模型中，提出了物联网是当下最接近该模型顶端的科技 毕业设计（论文）报告纸 共 页 第 7 页 装 订 线 概念和应用。物联网是一个基于传统电信网、互联网等信息载体，让所有能够被独立寻址的物理对象实现互通互联的网络。其具有：智能、先进、互联的三个重要特征。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网主要解决物品与物品(Thing to Thing,T2T),人与物品(Human to Thing,H2T),人与人(Huma

17、n to Human,H2H)之间的互连。但是与传统互联网不同的是,H2T 是指人利用通用装置与物品之间的连接,从而使得物品连接更加的简化，而H2H 是指人之间不依赖于 PC 而进行的互连。因为互联网并没有考虑到对于任何物品连接的问题，故我们使用物联网来解决这个传统意义上的问题。物联网顾名思义就是连接物品的网络,许多学者讨论物联网中,经常会引入一个 M2M 的概念,可以解释成为人到人(Man to Man)、人到机器(Man to Machine)、机器到机器(Machine to Machine)。从本质上而言,在人与机器、机器与机器的交互,大部分是为了实现人与人之间的信息交互。物联网是指通

18、过各种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。其在 2011 年的产业规模超过 2600 亿元人民币。构成物联网产业五个层级的支撑层、感知层、传输层、平台层，以及应用层分别占物联网产业规模的 2.7%、22.0%、33.1%、37.5%和 4.7%。而物联网感知层、传输层参与厂商众多，成为产业中竞争最为激烈的领域。在市场应用方面，2011 年从整体来看，占据中国物联网市场主要份额的应用领域为智能工业、智能物流、智能交通、智能电网、智能医疗、智能农业和智能

19、环保。其中智能工业占比最大，为 20.0%。产业分布上，国内物联网产业已初步形成环渤海、长三角、珠三角，以及中西部地区等四大区域集聚发展的总体产业空间格局。其中，长三角地区产业规模位列四大区域之首。2011 年，中国物联网产业规模达 2627.4 亿元，同比增长 30.2%。其中，支撑层、感知层、传输层、平台层、应用层规模分别为 71.9 亿元、577.1 亿元、870.0 亿元、984.3 亿元和 124.1 亿元，各层在整个产业中的占比分别为 2.7%、22.0%、33.1%、37.5%和 4.7%。相比其它各层而言，物联网应用层的规模明显偏小，说明我国的物联网应用尚处起步阶段。2012

20、年物联网市场规模则达到 3650 亿元，对于经济发展方式亟需转变的中国来说，以物联网为代表的战略性新兴产业无疑是国家大力培育的新经济增长点。而物联网的一个重要特征就是智能性，即让过去被动的物，呈现主动的身份与感知，以增加更多的智能性，这其中孕育着巨大的拓展空间，一个拥有巨大拓展空间的产业，其发展机遇期是非常有限的。毕业设计（论文）报告纸 共 页 第 8 页 装 订 线 2012 年我国物联网产业市场规模达到 3650 亿元，比 2011 年增长 38.6%。从智能安防到智能电网，从二维码普及到智慧城市落地，作为被寄予厚望的新兴产业，物联网正四处开花，悄然影响着人们的生活。随着我国物联网产业发展

21、迅猛的态势和产业规模集群的形成，我国物联网时代下的产业革命也初露端倪。从具体的情况来看，我国物联网技术已经融入到了纺织、冶金、机械、石化、制药等工业制造领域。在工业流程监控、生产链管理、物资供应链管理、产品质量监控、装备维修、检验检测、安全生产、用能管理等生产环节着重推进了物联网的应用和发展，建立了应用协调机制，提高了工业生产效率和产品质量，实现了工业的集约化生产、企业的智能化管理和节能降耗。随着物联网技术的研发和产业的发展，预计 2013 年中国物联网市场规模将达 4896亿元，到 2015 年，这一规模将达到 7500 亿元，发展前景将超过计算机、互联网、移动通信等传统 IT 领域。作为信

22、息产业发展的第三次革命，物联网涉及的领域越来越广，其理念也日趋成熟，可寻址、可通信、可控制、泛在化与开放模式正逐渐成为物联网发展的演进目标。而对于 智慧城市的建设而言，物联网将信息交换延伸到物与物的范畴，价值信息极大丰富和无处不在的智能处理将成为城市管理者解决问题的重要手段。1.4 物联网技术 “物联网技术”的核心和基础仍然是“互联网技术”，是在互联网技术基础上的延伸和扩展的一种网络技术；其用户端延伸和扩展到了任何物品和物品之间，进行信息交换和通讯。因此，物联网技术的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，将任何物品与互联网相连接，进

23、行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术叫做物联网技术。毕业设计（论文）报告纸 共 页 第 9 页 装 订 线 第二章 物联网技术应用于农业的市场前景分析及案例 2.1 前景分析 随着我国城镇化进程的日益推进，农业生产将改变其劳动密集型的生产特征，仅需要极少量的管理者，实现农业生产的便捷、有序、高效的进行。a)农业是国民经济和和谐社会的基础、多年中央一号文件的对象；b)我国农业的发展已经从手工农业逐步向机械农业过渡，并逐步实现了农业的产业化,智能化、网络化、数字化成为新一轮农业基础设施建设的主要特色；c)信息技术的应用将为现代农业、智能农业的发展注入新的活力；d

24、)物联网“十二五”规划锁定十大重点领域，其中包含精细农牧业。农业物联网技术是一种结合了计算机自控技术、智能传感技术等高科技手段的资源节约型高效设施农业技术，它主要是根据环境的温度、湿度、二氧化碳含量、光照、雨量以及土壤状况等因素，来控制温室内的各项指标和各种营养元素配方，以创造出适合作物生长的最佳环境。很显然如何能够准确、稳定、方便的得到这些环境信息就成为整套系统的关键。随着近几年短距离无线通信的发展，新兴的无线传感网技术为智能温室系统中的传感环节提供了有力的技术保障。智慧农业是农业生产的高级阶段，是集新兴的互联网、移动互联网、云计算和物联网技术为一体，依托部署在农业生产现场的各种传感节点（环

25、境温湿度、土壤水分、二氧化碳、图像等）和无线通信网络实现农业生产环境的智能感知、智能预警、智能决策、智能分析、专家在线指导，为农业生产提供精准化种植、可视化管理、智能化决策。物联网技术便是一项充分满足当前农业经济发展需要的关键技术，市场前景广阔。与此同时，农业物联网技术应用的前期投入比较可观，现阶段，我国的农业生产模式还是以小规模、家庭化的生产方式为主，期待用较短时间让这种技术得到普及，显然不现实。这就需要政府部门、大专院校、科研机构、企业等主导，推进该技术的规模化试点。2.2 最新物联网智能化农业大棚实施案例 以下是来自于各大媒体的报道：援引自科技日报 2013-05-03 甘肃兰州物联网催

26、生智慧农业 发条短信就可远程控制温室大棚 在手机上输入和发送一组指令后，温室大棚的保温帘在十几秒内就自动卷起，实 毕业设计（论文）报告纸 共 页 第 10 页 装 订 线 现棚内透光升温。这套系统集成了移动数据业务和温湿度传感模块，采用物联网有源射频识别技术，通过信息终端设备将温室大棚环境数据及时发送到手机或互联网平台，再通过远程电路控制，实现设施农业生产的精准监测和环境调控，及时进行卷帘调光、卷膜通风、二氧化碳补充和滴灌施肥等作业，并且采用定位技术解决了“卷帘过墙”的问题。此外，研发的信息采集装置和网络数据平台，能够模拟生产环境开展空间数据采集、类比和查询。“这套系统一次性平均投入 2000

27、 元，每座温室可以节约劳动力成本 2400 元，非常适合西北农村非标准大棚技术改造。”项目负责人吴海鸿介绍，该系统能有效预防灾害性天气带来的损失，提高设施农业的自动化水平。“通过继续完善监测内容、提高硬件使用寿命、开展远程视频监控等开发工作，进一步提升系统功能，推出适合农民的不同类型产品组合。”援引自大众日报 2013 年 04 月 15 日 胶州一合作社用上物联网 轻点鼠标就种菜 本报胶州讯“自从引入了这套农业物联网系统,我们种菜就像玩偷菜游戏一样了。大棚里作物需要灌溉了,轻点鼠标,喷灌系统就会自动喷水；湿度太高了,鼠标一动,循环风机就会自动通风抽湿。”日前,胶州市胶莱镇王疃村,青岛绿村农产

28、品专业合作社的蔬菜基地,技术员韩俭耀向记者演示电脑种菜程序。援引自 http:/ 2013-04-17 大棚里人造小环境 在昆山巴城的另一片农田，负责人孙先生带记者参观了他的火龙果大棚。“火龙果是热带水果，一般在我国海南、广西、广东等南方地区尝试种植。现在我们这里也可以种了。”说起江南成功引种火龙果，孙先生乐呵呵地说，全靠了无锡的物联网技术。他租种了 300 多亩农田，几乎都是大棚，做农业设施起家的他搭建了扎实的钢结构大棚。在没有用上物联网之前，工人们要时时刻刻关注大棚里的温度、湿度、光照等，非常用心地给这些果苗营造一个适宜生长的小环境。但烦恼还是来了，部分火龙果苗出现了霉变。“霉变是因为湿度

29、过高，人能 感知的湿度肯定不如植物灵敏。”如今大棚里安装了传感器，烦恼就迎刃而解了。“现在我只要在办公室里动动鼠标，就能了解大棚里的各种参数，以前湿度高了，就要让工人将大棚顶的薄膜卷上去透风，那多累啊。现在操作这一切都是全自动的，可省力了。”援引自中国江苏网 2013-03-01 毕业设计（论文）报告纸 共 页 第 11 页 装 订 线 淮安市建成现代农业物联网远程视频监控平台 记者昨日从市农委获悉，由市农业信息中心承建的市现代农业物联网远程视频监控平台项目已经建成，包括现代农业物联网远程视频监控平台，设施园艺大棚应用系统等 4 个行业应用监控系统，远程视频监控监测点 23 个。据悉，该系统可

30、实时监控各基地农业生产状况，与监控点实现在线交流，能及时发布生产指导、预警信息，指导基地农业生产。依据监测信息，开展分析研究，提出决策参考数据，提升农业部门服务农业生产经营管理水平，促进现代农业发展。由于建成智能化和自动化管理系统，实现管理自动化，减少生产管理成本，基地蔬菜、种苗、生猪产量、水产渔业品质和效益同步提高。该项目在设施园艺上可以及时准确地掌握农作物用药、用肥时间，有效降低农药、化肥的使用，大幅度提高农药、化肥的利用率，减轻环境的承载压力，同时能够减少用工，节约生产成本。据测算，一般单产可提高 10%，每亩大棚可增收 1500 元以上。在设施养殖上能有效地减少用工，节约水电成本，增加

31、健康养殖量，降低死亡率，提高年出栏量，实现经济效益的增加。经估算，减少用工 35%，水电成本下降 30%，健康养殖降低死亡率 5.5%，减少应急反应 95%，年出栏增加 20%，综合经济效益增加 20%。毕业设计（论文）报告纸 共 页 第 12 页 装 订 线 第三章 某花卉种植温室大棚的智能化系统设计方案 3.1 需求分析 根据与某市当地农技站专家沟通和现场调研提出以下需求 高精度实时测量空气、土壤的温度、湿度等环境参数，智能控制温室内温度、湿度、通风状况、光照调节等，自动实现保温、保湿和历史数据的记录，视频监测温室内部环境；需要远程访问与控制：使用 PC 机能够进行远程访问温室内的相关数据

32、，实时观察植物的长势，还可以远程控制温室内部的执行器件（风扇、加湿器、加热器）来改变温室内部环境；使用手机同样可以远程访问温室内部环境的各项数据指标，远程控制温室内部的执行器件；对温湿度进行监测：实时监测温室内部空气的温度和湿度，要使得测湿精度可达4.5%RH，测温精度可达0.5（在 25）；对光照度进行监测：要求实时对温室内部光照情况进行检测，其实时性强，应用电路要求简单，便于实验；具备安防监测功能：当温室周边有人出现时，安防信息采集节点能够向主控中心发送信号，同时光报警，要求检测的最远距离为 7 米，角度在 100左右；视频监测功能：要求工作人员既可以在触屏液晶显示器上看到温室内部的实时画

33、面，又可以通过 PC 机远程访问的方式来观看温室内部的实时画面；需具备控制风扇功能：系统能自动开启风扇加强通风，为植物提供充足的二氧化碳；需要具备控制加湿器功能：如果温室内空气湿度小于设定值，系统需要自动启动加湿器，达到设定值后便停止加湿；能够控制加热器给环境升温功能：当温室内温度低于设定值时，系统能自动启动加热器来升温，直到温度达到设定值为止；具有互联网远程访问与控制功能：用户便可以使用 PC 机访问物联网数据，通过操作界面远程控制温室内的执行器件，维护系统稳定；需要具备 GPRS 网络访问功能：用户能够用手机来访问物联网数据，了解温室内部环境的各项数据指标（温度、湿度、光照度和安防信息）；

34、需要具备控制参数设定及浏览功能：客户要求对所要实现自动控制的参数（温度、湿度）进行设置，以满足自动控制的要求。毕业设计（论文）报告纸 共 页 第 13 页 装 订 线 3.2 系统控制对象概述 本系统控制的温室大棚规模如下：温室结构的参数为：温室最高点距地面 5.2m，檐高 3m，单跨度 13m，长为 40m，地面面积为 1000 平方米。要实现的目标是，使温室内的温度保持在 2030之间，在温度值范围是可根据管理员的需要重新设定的。图 3-1 系统前端布局平面图 毕业设计（论文）报告纸 共 页 第 14 页 装 订 线 3.3 系统设计 图 3-2 ZigBee 无线传输系统 毕业设计（论文

35、）报告纸 共 页 第 15 页 装 订 线 图 3-3 系统拓扑图 毕业设计（论文）报告纸 共 页 第 16 页 装 订 线 图 3-4 现场照片 大大大大棚棚棚棚划划划划分分分分成成成成 8 8 8 8 个个个个区区区区，达达达达到到到到了了了了 4 4 4 40 0 0 0 个个个个传传传传感感感感器器器器的的的的部部部部署署署署规规规规模模模模,实实实实时时时时传传传传递递递递温温温温、湿湿湿湿度度度度，光光光光照照照照，视视视视频频频频等等等等生生生生产产产产数数数数据据据据 网络摄像头 与与与与大大大大棚棚棚棚内内内内的的的的设设设设备备备备联联联联动动动动，实实实实现现现现风风风风

36、机机机机、遮遮遮遮阳阳阳阳网网网网、水水水水帘帘帘帘等等等等远远远远程程程程控控控控制制制制 光传感器 土壤湿度传感器 空气温、湿度传感器 用户可利用固定和无线接入公网，通过网页方式随时查看数据告警，并实现远程控制 毕业设计（论文）报告纸 共 页 第 17 页 装 订 线 3.4 环控因子 温室中需要控制的因子包括土壤温湿度、空气温湿度、光照强度、二氧化碳含量等。其中温室内气温、地温对花卉的呼吸作用、光合作用、根系的生长和水分、养分的吸收有着很明显的影响，因此影响花卉生长的环境因子中，以温度最为重要，对温室环控的研究也是从温控起步的。不同品种的花卉对温度的需求是不一样的，同一花卉在不同生长阶段

37、对温度的需求亦有所差异，而且在同一生长阶段内对温度的需求也会随着时间的变化而呈周期性地变化。通常,在白天花卉进行光合作用反应需要的温度要高一些，晚上维持呼吸作用所需要的温度较低。另外温室内的空气温度要受到太阳辐射和室外气温变化的影响，在物联网的温控子系统的研制中应该将这种情况充分考虑进去。花卉生长适宜的温度，随品种、生长阶段及生理内部运作的变化而变化。因此,在一天中，随着光照强度的变化，实行变温管理是一种很有效的管理方法。可以达到改变花期,提高产量的目的。3.5 控制系统设计要求 本系统以温室温度为主要控制参数，进行控制系统的设计，主要完成以下功能。实现对温室温度参数的实时采集，测量空间多点温

38、度：根据测量空间或设备的实际需要，由多路温度传感器对关键温度敏感点进行测量，由单片机对各路数据进行循环检测、数据处理、存储，实现温度的智能、多空间点的测量。显示报警功能：实现超数据的及时报警。温度检测范围：20-30C，检测精度0.5C。存储一定时间的温室环境参数值。能够根据季节、地区和作物的不同，设置不同的控制参数。操作人员可以根据不同的季节、地区和作物，来设置不同的环境控制参数，以满足不同的需要达到最佳效益。自动调节温室内的环境参数。当将控制柜的模式选择旋钮拨到“自动”档位时，控制系统能够完全自动的控制温室内温度调节机构，将温室内温度调节到操作人员设定的参数值附近。3.6 温度监控系统模块

39、 该系统分为六大子模块，分别复位模块、温度采集模块、显示模块、键盘输入模块、加热模块和降温模块。介绍如下：复位子模块 毕业设计（论文）报告纸 共 页 第 18 页 装 订 线 图 3-5 如图 3-5 单片机 AT89C51 的复位引脚（Reset）为第 9 脚，当此引脚连接高电平超过 2 个机器周期（一个机器周期为 6 个时钟脉冲），即可产生复位的动作。以 12MHz的时钟脉冲为例，每个时钟脉冲 1us,两个机器周期为 12us,因此，在第 9 脚上连接一个 12us 以上的高电平脉冲，即可产生复位的动作。对于上电复位，复位引脚上串接了一个电容，当复位引脚接+5 伏电压时，电容相当于短路，经

40、过一段时间（在这段时间内完成复位）后，电容处于充电状态，相当于断开。还有一种是手动复位,它的接法是在 AT89C51 复位引脚所串连的电容上并联接一个按钮开关。当按钮没按下时，电容处于充电状态；当按钮按下时，电容对复位引脚放电，从而在这个引脚上产生高电平，达到复位的目的。温度采集子模块 如图 3-6 AD590 的输出电流 I=(273+T)A(T 为摄氏温度),因此模块量测出的电压为 V=I10K=(2.73+T/100)V。如果现在为摄氏 22 度,输出电压为 2.2V。毕业设计（论文）报告纸 共 页 第 19 页 装 订 线 图 3-6 显示子模块 如图 3-7 译码器 74LS373

41、及温度显示的电路图如图 5 所示。显示部分的工作原理是，它将温度转换的数字量，即温度值，经由 AT89C51 的 P1 口由译码器 74LS373 输出并送入一个两位的共阴极 LED 数码管，实时显示温度。图 3-7 键盘扫描子模块 如图 3-8 键盘扫描的电路图，其中 74922 是键盘扫描芯片。键盘扫描电路的原理是，将键盘接在一个键盘扫描芯片 74922 上，当在键盘上按下键时，相关的键码将通过 74922 的 A、B、C、D 口线传递给 AT89C51 单片机。毕业设计（论文）报告纸 共 页 第 20 页 装 订 线 图 3-8 键盘 如图 3-9 本键盘采用电话式键盘，其结构如图 8

42、所示。键盘是接在键盘扫描 IC 74922 上面的，键盘的输入通过 74922 的 X1X4 和 Y1Y4 输入。图 3-9 但鉴于键盘扫描芯片为 4*4 形式，以下键盘编码每行后面都有 0FFH，以配合硬件使用。按键及分别对应的键盘编码如下表所示：按键 1 2 3 4 5 6 毕业设计（论文）报告纸 共 页 第 21 页 装 订 线 对应编码 01H 02H 03H 04H 05H 06H 按键 7 8 9*0#对应编码 07H 08H 09H 0AH 00H OBH 表 3-1 键盘扫描 IC 74922 的工作过程是这样的：X1X4 接键盘的行，Y1Y4 接键盘的列，按键信息由这几个口输

43、入，由 A、B、C、D 四个口输出到 P3 口的低四位，再通过 P1 口经过译码 IC 显示在 LED 上。键盘扫描芯片不断查询是否有按键输入，当查询到有按键时，DA 置 1，同时执行相应的程序，比较温度是否超出上、下限，进而决定是加热还是降温。WP 型温室加热器 在 AT89C51 的 P2.1 口上接一个继电器，将加热器接在此继电器上。需要提高温度时，单片机控制 P2.1 口，使之置 1，进而控制加热器加热。传统的空气对流加热系统，通过反复循环，重复加热冷空气，加热空气时自上而下，先加热温室的上层，然而地板处在最后，所以很难加热，因此十分耗费能量。WP型温室加热器是从下至上进行加热的。温室

44、中的物体和地面由表面吸收热量，同时又向四周的空气辐射，从而保持整个空间很暖和，这种方式，可以节约能量并减少运行费用。WP 型温室加热器具有如下特点：(1)高效节能。本产品消耗的能量比锅炉供暖减少 25%，比传统煤炉降低 40%以上,从而大大降低了加热运行成本。(2)传热效率高。产品由于采用了高科技热超导技术，升温速度特别快。(3)投资成本低廉。与传统的利用锅炉干燥方式相比，省去了专用锅炉房、水处理、水分析、管道、阀门、换热器等设施，投资减少近一半，因而价格便宜。(4)本产品结构简单、操作方便、安全可靠、使用寿命长。WP 型温室加热器特别适合寒冷地区各类蔬菜温室大棚、花房、家禽动物养殖场等需要加

45、热保温的场所。在温室加热器充分保证棚温室适宜温度后，选择附加值高的蔬菜、花卉必将切实提高广大用户的经济效益。降温模块 在 AT89C51 的 P2.2 口上接一个继电器将降温风扇接在此继电器上。需要降温时，单片机控制 P2.2 口，使之置 1，进而控制降温风扇降温。当室内温度较高需要降温时，就要用到降温模块了。在此处的温室中，降温模块包含了两个部分：毕业设计（论文）报告纸 共 页 第 22 页 装 订 线 (1)自然通风 由于这里的温室周围和顶层留了通风窗（侧窗与天窗），故可以采用自然通风的方式来降温。当室内温度由于日照而提高时，热空气会因密度降低而上浮，由天窗溢出，而外界空气由侧窗流入造成对

46、流，温度差异愈大时其流速愈快。自然通风在冬天效果最好，因为此时内外空气的温差最大。由于空气温差，可使屋顶排气孔成为绝佳的出气口，侧面排气孔则成为绝佳的进气口。当天气很热时，内外的空气温差就很小，甚至不存在。事实上，当最需要通风的时候往往是自然通风最小的时候。若通风是外界风所引起，则较温暖的地区，使用自然通风会有较佳的效果。(2)机械通风 机械式通风一般指的是使用降温风扇等降温设备将温室内的热空气强制抽出，同时由于压差而将大气吸入，达到通风的效果。这个方案需要维持适当的气密性，才能使空气由进气口进，由排气风机出；但是也因为气密而容易有热累积的现象，是以在设计上需注意通风量的大小，至少其降温效果要

47、优于自然通风，即要比在同一地点采用侧窗配合天窗的温室的降温效果要好。利用风扇在温室内产生负压的强行通风方式比自然通风系统可靠，通常将通风率设计为每一分钟一个温室体积(1 AC,Air Change)的通气风量率。一间 10m x 33m 的温室大约需 700 m3/min 的通气风量率。由kW 马达带动的风机（系统负压为 2.5 厘米水柱）可提供此风量率。若风扇以平均每天消耗 1 元计算，则业者每月每平方米温室面积的电费应为 1 元。电费会随季节、作物种类和地理位置的不同而有所差异。由于这种降温方法需要耗电，相比于自然通风，这是它的缺点。在这个温室大棚中，运用的是自然通风和机械通风相结合的方式

48、。当需要降温的幅度不大时，则打开天窗和侧窗，利用自然通风来降温，这样既可达到很好的降温效果，又节省了开支。而当要降温的幅度偏高或者自然条件下不适合用自然通风降温时，就采取机械通风的方式来降温。当然，在自然条件允许的条件下，采用自然通风和机械通风相结合的降温方式可以达到更好的降温效果。毕业设计（论文）报告纸 共 页 第 23 页 装 订 线 3.7 主程序流程图 图 3-10 毕业设计（论文）报告纸 共 页 第 24 页 装 订 线 结束语 本系统是一项开放式的工程，是未来智能尘埃家族的一份子，存在进一步完善的无限可能。正如当今的互联网，物联网搭建终端和网络系统只是必要手段，其目的在于信息的共享

49、，数据的分析和应用，最终创造超过互联网百倍的价值。物联网技术仍在飞速发展之中，本设计所论述的内容可能在下一秒钟就将加入落伍的行列，但这并不妨碍它如今的存在，这是一块块看似可有可无的砖石，筑起了科技的摩天大厦。相信在不久的将来，物联网技术必将渗透到人们生产生活的各个角落，为创造更加美好的生活发挥其无以替代的作用。本课题的开展，要感谢我实习所在的公司，能给我这个新人这样一个宝贵的机会，参与实施苏南某市花卉温室大棚的物联网工程。在这次实习期间，接触了很多前沿的技术，让我受益匪浅。由于本人能力有限，这项设计还存在或多或少的不足，望方家不吝赐教。毕业设计（论文）报告纸 共 页 第 25 页 装 订 线

50、参考文献 1陈海滢,刘昭等编著.物联网应用启示录:行业分析与案例实践M.北京.机械工业出版社.2011.2杨恒等编著.最新物联网实用开发技术M.北京.清华大学出版社.2012.3徐勇军主编.物联网实验教程M.北京.机械工业出版社.2011.4董方敏,王纪华,任东主编.农业物联网技术与应用M.北京.中国农业出版社.2012.5刘广玉，陈明主编.新型传感器技术及应用M.北京.航空航天大学出版社.2004.6黄海昆，邓佳佳.物联网网关技术与应用J.电信科学.2010.7何世钧,张路,张弛.智能温室自动控制系统的设计和应用J.河南农业大学学报.2000.8赛迪等.中国物联网产业发展现状及未来趋势J.通