蔬菜大棚的智能监控系统的设计与实现

论文摘要

在现代的大棚种植技术中,温度、湿度、二氧化碳浓度和光照是大棚蔬菜能否茁壮生长的四要素,这四个方面的制约关系完全可以构成一个学科体系,需要掌握四者之间的微妙关系才能使得蔬菜增产。现在我国大棚生产规模虽然空前巨大,但是蔬菜大棚的设备比较陈旧,温度采集方式落后,广大农村采用煤油温度计的温度采集方式,不仅温度采集较为老套,并且费时费力,不利于大棚生产规模的扩大,也不利于信息化程度的提高,不符合党中央提出的科技兴农的战略目标。在湿度和二氧化碳浓度的采集和控制上,也难以达到资源的优化配置,在好多农村的蔬菜大棚中甚至没有湿度采集模块,二氧化碳浓度的检测也较为简单,形不成一套整体上的、信息化的、集成程度高的监控和管理系统。这在一定程度上影响了蔬菜大棚的产量,更为严重的是,对湿度和二氧化碳浓度监控和管理的不到位,影响到了菜农本身的身体健康,受潮湿高温的大棚环境的影响,好多菜农的肌肉和关节等出现病变,严重者甚至会丧失劳动能力,于是,我我国大部分有蔬菜大棚历史的农村,迫切需要一套蔬菜大棚的智能监控系统,对大棚内的温度、湿度、二氧化碳浓度做一个有效的监控和管理。本文的蔬菜大棚智能监控系统,通过对农村蔬菜大棚的实地考察和综合分析,结合农村的生产力条件和经济发展情况,对搭建蔬菜大棚智能监控系统过程中的相关业务进行需求分析和系统设计。鉴于农村的经济条件的限制,在设计本系统时本着务实、够用、功能实现完全、业务逻辑明确的原则,搭建了一套智能监控系统的设计模型,从底层硬件到上层软件,利用S3C2440开发板和STC89C51单片机的串口扩展和级联,搭建了一个基于蔬菜大棚内温度、湿度、二氧化碳浓度的多点检测的智能监控平台。在每个STC89C51单片机上又集成了温度、湿度、二氧化碳浓度传感器,用于检测蔬菜大棚的各种参数数据,同时利用51单片机灵活简练的特点,实现以上数据在数码管上的数据显示,既满足了菜农的需求,又节约了成本。在上位机上安装大众化的Windows CE操作系统,在界面实现上利用当前流行的.NET技术架构,开发基于对话框窗口的图形界面,使得屏幕显示更加通俗易懂,大众化而又易于被受。另外在需求分析中,对系统的总体业务和业务流程进行了详细说明,结合农村本地的实际情况,采用UML建模的方法,通过用例图、顺序图、活动图、类图等模型详细阐述了菜农在蔬菜大棚作业生产中存在的需求和需要解决的问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 系统开发背景
• 1.1.1 中国大棚规模和产量现状分析
• 1.1.2 蔬菜大棚种植的四要素:温湿度、二氧化碳浓度和光照
• 1.2 蔬菜大棚温湿浓度控制现状分析
• 1.2.1 温湿度控制
• 1.2.2 二氧化碳浓度的检测和控制
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 本文的主要组织结构
• 第2章 需求分析与获取
• 2.1 总体业务描述
• 2.1.1 业务模型概述
• 2.1.2 系统相对于业主的功能说明
• 2.1.3 系统相对于雇工的功能说明
• 2.2 系统目标和需要解决的问题
• 2.3 系统需求分析
• 第3章 系统架构设计
• 3.1 功能架构设计
• 3.1.1 管理员功能架构设计
• 3.1.2 雇工功能架构设计
• 3.2 硬件架构设计
• 3.2.1 处理器平台设计
• 3.2.2 上位机平台设计
• 3.2.3 下位机平台设计
• 3.2.4 传感器设计
• 3.3 软件架构设计
• 3.3.1 操作系统架构设计
• 3.3.2 开发平台设计
• 3.3.3 集成开发平台和调试工具的设计
• 第4章 系统详细设计与集成
• 4.1 串口转换与扩展
• 4.1.1 RS232/RS485转换接口
• 4.1.2 实现多点数据采集的扩展和级联设计
• 4.2 系统集成
• 4.2.1 STC89C51的GPIO引脚
• 4.2.2 在系统集成时的引脚定义
• 4.2.3 系统总体集成
• 4.3 温度传感器详细设计
• 4.3.1 温度传感器DS18b20简介
• 4.3.2 DS1820温度测量原理
• 4.3.3 DS1820内部结构
• 4.3.4 DS18b20安全性设计
• 4.3.5 配置DS18b20转换的精度值
• 4.3.6 DS18b20的温度值的读取
• 4.4 数码管显示设计
• 4.4.1 数码管介绍
• 4.4.2 数码管的点亮方式
• 4.4.3 本系统中数码管的显示设计
• 4.5 串口通信设计
• 4.5.1 串口结构及引脚定义
• 4.5.2 串口寄存器配置
• 4.5.3 波特率的设定
• 4.6 上位机软件详细设计
• 4.6.1 总体设计模式
• 4.6.2 上位机系统中的类设计
• 第5章 系统实现与测试
• 5.1 DS18b20驱动实现和数码管的显示
• 5.1.1 DS18b20的驱动实现
• 5.1.2 数码管的显示
• 5.1.3 DS18b20驱动和数码管显示部分的测试
• 5.2 上位机和下位机的串口通信
• 5.2.1 本系统中串口通信的流程分析
• 5.2.2 程序实现
• 5.3 上位机界面的实现
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表