51基于单片机的温室大棚系统设计

设计摘要：

本设计旨在基于51单片机和蓝牙技术，实现一个功能完善的温室大棚系统。该系统具备以下主要功能：首先，通过连接的显示屏能够实时地显示当前的温度和湿度信息，方便用户了解温室内的环境变化。其次，借助按键操作，用户可以调整温度和湿度的阈值设定，以满足不同植物对环境要求的需求。系统还采用防水温度检测模块来监测温度，保证了系统在潮湿环境下的稳定工作。同时，利用土壤湿度检测模块能够及时感知并反馈土壤的湿度状况，给予及时的浇水指导。此外，系统还配备蜂鸣器，当温度或湿度超出预设的阈值范围时，会触发报警提醒用户。最后，通过蓝牙连接手机，实现与手机的智能交互，用户可以通过手机远程监控温室内的环境参数，随时随地调整阈值、接收报警信息等。

综上所述，本设计的温室大棚系统基于51单片机和蓝牙技术，实现了温湿度显示、温湿度阈值调整、温度检测、湿度检测、报警和手机监控等功能，为温室大棚的智能化管理提供了一种可行的解决方案。

关键词：单片机；温室大棚；数据采集；自动控制

1　引言

1.1 选题背景及实际意义

现代农业温室大棚的广泛应用和发展需求。随着人口的增长和城市化的加速，对于高效农业生产的需求日益迫切。温室大棚作为一种现代化种植方式，具有节约土地、节水、减少化肥和农药使用等优点，成为未来农业发展的重要方向之一。然而，目前的温室大棚管理仍然依赖于传统的人工操作，缺乏智能化和自动化的控制手段，限制了其进一步发展和提高产能的潜力。为了解决这些问题，本设计基于51单片机和蓝牙技术，旨在构建一个智能化的温室大棚系统，提供及时准确的环境监测和控制功能。

首先，本设计通过显示屏显示当前的温度和湿度信息，使用户能够方便地了解温室内的环境变化。温室内部的温湿度对植物生长起着至关重要的作用，通过实时监测，可以更好地掌握植物所处的环境状态，为合理调节创造条件。其次，还通过按键调整温湿度阈值，实现对温室内环境参数的精确控制。不同的植物对温湿度的要求存在差异，因此，根据植物的需求，用户可以自行设定温湿度阈值，当环境参数超出设定范围时，系统会进行相应的报警提醒，从而及时采取措施调整。此外，本设计还引入了温度检测模块和土壤湿度检测模块，以进一步完善温室大棚系统的功能。防水温度检测模块可以在潮湿环境下稳定工作，确保温度的准确监测；土壤湿度检测模块则能够及时感知土壤的湿度状况，提供给用户浇水的指导，为植物的生长提供科学依据。最后，本设计利用蓝牙技术实现了与手机的连接和交互，用户可以通过手机远程监控温室内的环境参数。这一功能的实现不仅提高了温室大棚管理的便利性和灵活性，还使用户能够随时随地进行环境参数的调整和管控，提高了温室大棚管理的效率。

1.2 国内外研究现状

国内方面，温室大棚系统的研究也取得了突破性进展。中国农业科学院、中国农业大学等研究机构和高校，在温室大棚自动化控制技术、环境监测与控制、作物生长模型等方面进行了深入研究。目前，国内已经出现了许多基于物联网、传感器技术和自动化控制算法的温室大棚智能化管理系统，实现了对温度、湿度、CO2浓度、光照等因素的实时监测和控制。一些企业也开始在温室大棚系统领域进行技术创新和产品研发，推动了温室大棚技术的进步与应用。

吴宝忠，任振辉，王娟（2018）设计基于手机APP的温湿度传感器系统,避开在温室大棚布线不便的困扰,实现用户随时随地监控温室中的温湿度;采用基于ARM Cortex—M3内核的STM32系列单片机作为控制单元,通过WiFi实现与无线温湿度传感器无缝连接;搭建基于PC机嵌入式软件系统和专家控制系统,实现数据自动处理;设计温室大棚温湿度自动控制系统的Android移动客户端,可实时监控温室大棚的温湿度参数状况[1]。

吴鹏（2021）设计一种以51系列单片机AT89S52作为主控芯片,系统将按键键盘作为它的输入方式,对温湿度及CO2浓度设定范围进行设定,且把单片微型计算机作为调度中心,接收从各个传感器(温度,二氧化碳浓度,湿度)传过来的信息数据,并加以处理,判断是否需要对温室中的农作物使用继电器进行补偿温度等,并将传感器的测量结果显示在系统中的显示器上.实践验证,该设备能为农作物提供最佳的生长环境,为农业带来更高的收成,获得更多的利润[2]。

陈鑫、谭晓静（2022）设计了一种温室大棚智能灌溉系统,采用STM32F103C8T6单片机核心板,通过温度传感器模块,土壤湿度传感器模块,气体传感器模块对温室环境参数进行实时监测,采用模糊规则设计智能模糊控制器,根据温室的湿度,温度,光照等条件参数,确定电磁阀开度,实现智能灌溉的目的.该系统具有成本低廉,操作和维护简单的特点,适合我国目前的智能灌溉控制系统,具有较强的实用性和市场价值3。

然而，在国内外的研究中仍然存在一些挑战和问题。首先，温室大棚系统的管理需要综合考虑多个因素，如温度、湿度、光照、CO2浓度、作物生长需求等，这涉及到多学科的交叉和综合应用。其次，温室大棚环境的动态变化和复杂性要求系统能够快速响应和自适应调节，这对于算法的实时性和精确性提出了更高的要求。此外，温室大棚系统的稳定性和可靠性也是一个重要的问题，尤其是在恶劣的环境条件下，系统的故障率需要得到有效控制。

2020年Vishwakarma A K , Bodkhe A A , More P .发明了温度监控系统包括外壳、外部温度传感器和内部温度传感器。外壳可以是防爆的，并且可以包括控制器和设置在外壳内的内部显示器。外部温度传感器可以配置为检测外部温度，内部温度传感器可以配置为检测外壳内部的温度。当外部温度传感器和/或内部温度传感器检测到温度达到或超过设定或指定的值或限值时，系统可以配置为执行操作或命令。在系统的实施例中，系统可以被配置成在外部温度传感器和/或内部温度传感器检测到温度达到或超过一定温度的情况下停止加油[4] 。

温室农业是在受控环境中种植作物的独特农场实践。天气和气候条件控制是温室农业的主要概念。2020年Mahfuz N , Jahan R , Islam M M , et al研究旨在开发一种用于监测和控制温室参数的智能系统。该智能系统可监控温室农业的关键参数，如温度、湿度、光照、土壤湿度和甲烷气体。集成了必要的传感器来监控这些参数。如果传感器值处于不可接受的范围内，系统将向用户发送通知 SMS。开发一个Android应用程序来设置不同参数的阈值。除了自主操作外，该系统还允许用户发送短信命令。LCD用于在现场显示实时传感器值。用户将能够从远程控制多个温室。该系统具有可选的数据记录器系统，用于统计数据和进一步的科学研究[5] 。该系统将在温室农业中发挥至关重要的作用。

与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。