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作者：山东信息职业技术学院 张鹏飞、苑涛、朱群业
指导教师：韩学尧、张杰

　　作品简介

　　1.系统全景图：　　

 　　2.开发背景
　　随着农业现代化的发展，智能温室以及对各种大棚的自动控制系统也迅速发展起来。 目前我国己经能够设计生产各种现代化温室，也有各种自动控制系统投入使用。但是，这些系统通常需要专门的通信线路实现，费用昂贵，不适应广大农民需求，在很大一部分地区都是采用人工值守的方式对蔬菜大棚进行管理。近年来，GSM网络发展很快，已实现了全国联网和漫游，其网络覆盖范围大、性能稳定。本设计是基于现有GSM短信息功能(SMS)的大棚自动控制系统，充分利用现有网络，无需单独组网，运行安全稳定，具有结构简单、运行灵活、经济可靠的优点，非常适合生产基层使用。

　　3 .系统硬件结构设计
　　温室大棚控制系统硬件部分主要由STC15F2K61S2单片机控制板，电源模块，空气温湿度测量模块，烟雾浓度测量模块，光强测量模块、太阳能模块，显示模块，报警电路、GSM通信模块、GSM传输网络、键盘模块、语音播报模块等组成。

　　4.功能与使用说明
　　系统功能：
　　1) 能够实时采集温室内的空气温湿度、土壤湿度、光照强度、二氧化碳浓度等环境参数，通过12864液晶进行数据显示。当环境参数超过设定值时，系统会自动报警，并把参数信息发送到用户手机，寻求处理方案。
　　2) 用户可以通过按键来现场控制如卷帘电机、鼓风电机、水泵等机械设备的运转，以维护大棚的正常运行。
　　3) 在用户的请求下还可以通过GSM模块以短信的形式将大棚的环境参数发送到用户手机。以实现对大棚的远程监测。
　　4) 在待机模式下，用户也可用手机远距离控制大棚中各种机械设备的工作，以实现远程控制。

　　使用方法：
　　开机后整个系统初始化，太阳能帆板自动搜索并定位阳光位置，各子系统开始工作,系统进入待机状态。在系统待机状态下，用户可以按不同的按键实现对大棚设备的控制，也可用手机远程发送相应短信进行各种控制。如发送“上水开“到GSM模块，水泵打开，开始灌水，发送”上水关“到GSM模块，水泵关闭，停止灌水。发送“通风开“到GSM模块，鼓风机打开，开始通风，发送”通风关“到GSM模块，鼓风机关闭，停止通风。详细操作参见产品说明书。

　　平台选型说明

　　本系统以STC15F2K61S2单片机为核心，该芯片运行速度快、可靠高、功耗低、抗干扰性强、内存大、并且内部集成10位高精度AD、3路PWM等片内外设资源。还有板载继电器模块，步进电机等模块可满足大棚控制系统的需要。另外，此平台还有如下特点：
　　1. 增强型8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，比普通8051快8-12 倍
　　2. 61K 字节片内片内Flash 程序存储器，擦写次数10 万次以上
　　3. 大容量片内EEPROM，擦写次数10 万次数以上
　　4. 内部高可靠复位，8 级可选复位门槛电压，彻底省掉外部复位电路
　　5. 内部高精度R/C 时钟，内部时钟从5MHz～35MHz 可选。
　　6. 两组高速异步串行通信端口，一组高速异步串行通信端口SPI。

　　设计说明

　　原理图：　　

 　　设计原理：
　　本温室大棚控制系统采用STC15F2K61S单片机作为主控。环境检测由DH21数字式温湿度传感器、MQ-2烟雾传感器和YL-38光强传感器等组成，分别检测温室大棚的空气温湿度、烟雾浓度、光照度。通过这些外围传感器进行数据采集处理，并将采集到的数据显示在液晶12864上，当检测到用户的状态请求时，主控通过GSM模块将信息发送到用户手机上。在待机状态下，主控不断监测键盘或GSM的控制指令，根据不同的指令控制相应的继电器驱动电路，由继电器来控制通风、喷灌和加热等装置。
　　太阳能电池板自动寻光给蓄电池和系统供电，使用STC15F2K61S2单片机内部AD测太阳能电池板取样后的电压，通过电压比较的方法控制两个步进电机，使太阳板自动寻光，单片机内部的EEPROM记录步进电机位置，即使系统断电，再次上电也可以正确的寻光。

　　设计方案：
　　1.空气温度测量。温度传感器的种类多，选择余地大。本系统采用DH21，直接送入STC15F2K61S2，通过单片机的内部10位A/D采集信号，设置为第1路信号.可精确到0.50 ℃，可满足应用要求。
　　2.空气湿度测量。采用DH21的湿度测量模块，调理后 ,送入主控芯片，设置为第2路信号。由于DH21有0.70%RH的温度系数，在信号调理电路中进行了温度补偿，在35%～85%RH范围内可精确到2%RH。
　　3.土壤湿度。土壤水分传感器采用不锈钢管和一段钢丝制成，长20cm，不锈钢管和钢丝之间留1cm的距离并保持平行放置，将二者用绝缘材料固定。通过测量不锈钢管和钢丝之间的电阻来测量土壤水分，采用电阻桥和运算放大器OP07调到0～5V的范围，在经过模数转换器送入单片机。
　　4.烟雾测量。采用烟雾传感器，通过电位器设定烟雾指标补偿，然后送入单片机的I/O，经滤波处理后，判断是否达到设定阈值，实现报警。
　　5.太阳跟踪充电模块。采用4块5V太阳能板，两块并联，两块串联，再经过7805稳压后给蓄电池充电;7805的输入端接单片机的内部A/D，通过判断电压的高低，分析每个位置光照强度并记录在内部ROM中，整个扫描结束后，由水平和垂直步进电机将太阳能板转到光照最强位置。
　　6.通信模块。采用GSM TC35i通讯模，充分利用现有网络，无需单独组网，运行安全稳定，结构简单、运行灵活、经济可靠。而且可以实现远程控制(跨省、跨区域)。
　　7. 键盘显示电路　本系统采用自制64*32点阵屏配和12864液晶屏显示环境参数和状态信息。键盘采用大赛板上的16*16键盘即可满足系统需要。
　　8. 控制功能及实现　在系统中，主机通过接受键盘或GSM的控制信号来控制相应的控制继电器驱动电路，由继电器来控制通风、喷灌、加热和卷帘等装置。

　　作品特色

　　实用性：
        本系统无需单独组网，运行安全稳定，具有结构简单、运行灵活、经济可靠的优点。主要采用STC15F2K61S2单片机对环境参数进行监测和控制;并将系统工作状态和环境参数显示在点阵屏上(自主制作64*32点阵屏)。用户还可以通过按键来控制如卷帘电机、鼓风电机、水泵等机械设备的运转，以维护大棚的正常运行。

　　先进性：
　　1.由于本系统是基于GSM模块的，所以利用本系统还可以实现对大棚的远程人工控制和实时监测。在环境参数超出设定值的极限情况下，模块会自动发送短信到用户手机，用户根据收到的参数信息发送相应的控制指令到GSM模块，主控根据模块接受的信息执行相应的动作，使参数调整到预设范围之内。
　　2.另外，在待机模式下，用户也可用手机远距离控制大棚中各种机械设备的工作，以实现正常的生产需要。
　　3.这样就把劳动者从繁杂的体力劳动中解放出来。也就是说有了本系统后，我们就相当于雇了个大棚管理员，只要发出指令，而不必亲自实施便可以实现对大棚的各种控制。那么我们就有时间喝咖啡、环游世界了……

　　创新性：
        本系统中还配有太阳能电池板和风力发电机，在有条件的情况下可以为系统和整个大棚提供电能。配以蓄电池还可以实现对系统的连续供电。达到了节能减排的目的。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2306