温室大棚二氧化碳检测系统设计
摘要:本设计是一款用于单个小型农业温室大棚的二氧化碳检测系统。主要针对单个小型大棚内的温室二氧化碳浓度，设计了以STC89C52单片机为控制核心的简易实用型二氧化碳浓度检测系统。实现了二氧化碳浓度的准确检测与相应控制。当主控系统检测到大棚中的二氧化碳浓度超过预设值时，则启动相应的声光报警，硬件上运用模块化设计，主要包括主控模块，二氧化碳检测模块，数据采集模块、显示模块和报警模块。
软件上主要由二氧化碳数据采集程序，显示程序，超出预设值的报警程序以及控制程序等组成。
本设计硬件完成后，通过不断的软件调试，使调试结果与最初设计的期望结果一致。该二氧化碳检测系统具有实用性高，方便操作等特点，可广泛应用于单个小型温室大棚的二氧化碳检测，具有一定的实用性。
关键词：温室大棚；二氧化碳检测；STC89C52单片机；MH-Z14H二氧化碳传感器
Design of carbon dioxide detecting system in greenhouse
Abstract: This design is a carbon dioxide detection system for single small agricultural greenhouse. In view of the carbon dioxide concentration in a single small greenhouse, a simple and practical carbon dioxide concentration detection system with STC89C52 MCU as the control core is designed. The accurate detection and corresponding control of carbon dioxide concentration are realized. When the main control system detects that the concentration of carbon dioxide in the greenhouse exceeds the preset value, the corresponding acousto-optic alarm is started, and the modular design is used on the hardware, which mainly includes the main control module, the carbon dioxide detection module, the data acquisition module, the display module and the alarm module.
The software mainly consists of carbon dioxide data acquisition program, display program, alarm program exceeding the pre-set value, and control program.
After the hardware is completed, the debugging result is consistent with the original design expectation through continuous software debugging. The carbon dioxide detection system has the characteristics of high practicality, convenient operation and so on. It can be widely used in the detection of carbon dioxide in a single small greenhouse. It has certain practicality.
Key words: Greenhouse; carbon dioxide detection; STC89C52 microcontroller; MH-Z14H carbon dioxide sensor
目 录
第一章 绪论 1
1.1温室大棚二氧化碳检测课题的背景及意义 1
1.2温室大棚二氧化碳检测课题的国内外研究现状 1
1.3温室大棚二氧化碳检测课题的研究内容 3
第二章 整体设计方案设计 4
2.1温室大棚二氧化碳检测系统总体方案设计 4
2.2 方案选择 4
2.3主要模块器件选择 6
2.3.1 主控模块器件选择 6
2.3.2二氧化碳采集模块器件选择 6
2.3.3显示模块器件选择 6
2.3.4报警模块器件选择 7
2.4 系统总框图 7
第三章 温室大棚二氧化碳检测的硬件电路设计 8
3.1硬件模块简介 8
3.1.1 STC89C52单片机 8
3.1.2 LCD1602液晶显示 9
3.1.3二氧化碳传感器MH-Z14A 10
3.2二氧化碳检测系统主控模块设计 12
3.3显示模块电路设计 13
3.4二氧化碳检测电路 14
3.5报警模块电路设计 15
3.6 控制模块电路设计 16
3.7系统设计总图 17
第四章 温室大棚二氧化碳检测系统的软件设计 19
4.1主程序设计 19
4.2显示模块程序设计 20
4.3二氧化碳采集模块程序设计 21
4.4按键模块程序设计 23
第五章 系统调试 25
第六章 小结与致谢 27
6.1小结 27
6.2致谢 27
参考文献 29
第一章 绪论
1.1温室大棚二氧化碳检测课题的背景及意义
随着科技的发展人们生活水平的提高，越来越多的人意识到健康饮食的重要性，蔬菜是家家户户每日餐桌上必备的食物，在过去由于反季节非常不适合蔬菜的生长，使人们在不适合农作物生长的季节无法吃到优质健康的蔬菜，但科技的提高，农业温室大棚的广泛应用充分改善了这一问题，所以对温室大棚控制系统的研究已成为现代农业的重要组成部分。对温室大棚内的影响农作物生长的参数检测是实现高效农业的重要研究方向，其中二氧化碳浓度就是农作物生长的重要指标之一。在农业种植问题上，温室大棚内的一些指标直接关系到作物是否能高质量的生长，对大棚内的参数检测并做出相应控制是农业生产技术化，科学化的保证。通过对不同作物需要的不同参数指标的分析，使农作物达到更高产量，更优质量的目的。农业温室技术是现代科技化农业的一个典型应用表现，它对推动科技农业的发展至关重要。其中，二氧化碳作为作物生长不可或缺的养料，它是影响作物产生有机质的重要成分。其浓度含量密切影响着农作物的生长状态，同时关系着作物是否能达到高产的种植目的。在农业对二氧化碳需求中实时保持一定的二氧化碳含量将大大促进植物生长。现在市面上的温室检测技术大部分都是依赖了计算机，有无线通讯和电子信息技术的。目前许多温室大棚检测都是运用于大型温室大棚的与无线通信技术结合的远程监控系统，大都是需要使用者远程接受监控数据的，如基于手机短信的温室环境系统或GSM远程监测。这些系统通过GSM短消息向用户的手机发送有关温室内二氧化碳浓度等环境指标的实时数据。但是，向用户的手机发送大量实时数据进行监控，势必会产生数据丢失，传输不稳的现象。并且，远程监控由于不具有实时观察，动态控制等特点，非常不适合运用在小型单个农业温室大棚上，会存在有成本太高不易推广，控制不易操作的缺陷。
1.2温室大棚二氧化碳检测课题的国内外研究现状
? 温室大棚是一个人为创造的改变相应的不适合农作生长环境，适合农作物生长的特殊环境，为农作物生长创造有利条件，避免由季节变化，恶劣天气或恶劣环境造成的不适宜农作物生长的条件，一般蔬菜大棚使用轻质覆盖薄膜作为搭建材料，广泛用于在恶劣环境及反季节情况下种植农作物。创建温室大棚的原因是为了让农作物在温室内生长可以改变收获日期适应反季节，防止病虫害，促进发育达到提高产量的目的。目前农业温室的关键技术是如何达到高效率的环境监控，提高操作准确性。
早在20世纪70年代海外国家就开始了对温室检测技术的研究，国外首先是使用模拟式仪表盘收集现场信息并指出，记录和控制相关数据。现在国外大多数国家在温室检测方面的研究方向是开发结合计算机技术的监控系统，目前温室检测系统的发展十分迅速，实现全自动化和无人操控是一些国家目前研究的主要目标，在国外，温室监控有一定的标准且设施已经较为完善，温室中的环境因素大都依靠计算机来进行主要控制，可供使用的检测传感器对比国内来说要多很多，且更为先进，基本上温室中的大部分对作物产生影响的参数都可以通过传感器来进行检测在实现各种执行机构的自动控制，例如通过补充水分来改变土壤含水量，营养液浓度，通过风扇或空调来改善大棚中温度系统，能智能定时喷洒或滴灌的灌溉浇水系统，二氧化碳增施肥系统，增温增湿系统和用于温室作业的农业机械系统等。要实现这些操作，已经不再只是让计算机进行简单的直接的控制，而是根据不同环境做出的智能化无人控制。
在中国，温室检测技术的起步较晚。我国政府从20世纪70年代以来大力发展农业温室大棚技术，缓解我国反季节蔬菜供应紧缺以及改善我国部分地区不适宜种植农作物的环境条件，有力地推动了我国农村小型农业经济的发展，并在1979年到1994年间从国外引进了一些先进的温室系统进行学习研究，如自动灌溉系统，供暖系统，增温系统等。对比国内刚起步小型温室的情况，引进的这些系统更适合在大型温室作业，机械化程度高，对生产物和资源的利用率有了显著提高。对中国刚起步的农业温室有很大的借鉴启发作用。然而，这些温室控制系统也有很多缺点，比如价格高昂，且很难有与我国的环境气候条件相适应的检测监控装置。在我国，大部分地区农业温室大棚中的温度，湿度，二氧化碳浓度含量的检测都依赖于人工手动进行检测，因此如果缺乏相应的专业测量及农业相关知识，必然会产生极大的测量误差。再者由于人工检测无可避免的会出现检测不及时的缺点，可能会对农业生产产生不可换回的损失，由此为了推动我国农业的发展，实验高效率的科学化的农业生产，必须努力开发研究适合我国的农业温室检测设施，科学智能调节大棚中的影响作物生长的参数，达到使其中的环境适合农作物的生长的目的，是目前温室大棚检测技术研究的主要目标。随着我国蔬菜大棚的应用越来越广泛，人们对测量大棚内的参数指标的精准度要求越来越高，由于单片机技术的推广和各类传感器的广泛使用，是的这种要求成为可能。现在我国大部分地区的温室普遍都是小型的温室大棚，所以如果要将大棚中的参数检测全部转换为自动化，专业化的检测方式，就无可避免的要考虑到该系统的价格和实用功能，为了更好地解决这个问题，本设计选用了价格亲民的二氧化碳传感器与方便购买的单片机结合的系统，并且在元器件的选择上努力往降低成本的目的上靠拢，借此达到适合小型农业大棚二氧化碳自动检测的设计目的。随着各类传感器的产生以及单片机功能的逐渐强大，人们对传感器的检测精度要求越来越苛刻，此问题在本设计中被充分考虑到，设计出的二氧化碳检测系统具有价格低廉，性能平稳，测量精度相对较高的优点。该系统可以广泛满足我国小型农业温室大棚的需要，且由于硬件的模块化及软件设计的灵活性，方便改进，可以推动我国小型农业的发展。
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