基于虚拟仪器技术的温室环境检测及无线传输系统研究

摘要

农业是人类赖以生存和现代文明的基础保障，同时也是我国国民经济的基础。我国作为农业大国，人口总量持续增长，耕地面积却不断减少，人均耕地资源日渐紧缺，如何高效地利用有限的资源提高农作物的产量是当今农业主要的发展方向。温室大棚先进的科学技术和生产管理方式，可通过人工改变植物的生长环境，并根据不同农作物的生长规律，对温室内的环境因子进行调节，而提高农作物产值。
　　农作物在生长的过程中受到温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等多方面环境因子的影响，适宜的环境能够缩短其生长周期，获得优质、高产的农业产物。环境控制的根本在于环境数据的采集和传输，通过及时的数据信息反馈，对温室内的环境进行相应的调节，但传统的参数采集需要进行大量布线，且在传输过程中易受到干扰和损耗，不利于及时实时准确的掌握温室内环境的变化。
　　本课题在传统温室检测系统的基础上，引入基于虚拟仪器开发平台LabWindows/CVI的集成开发环境和丰富的图形化人机交互界面，结合以ICC AVR为开发环境的单片机控制技术，实现对温室环境的检测和远程控制。
　　系统硬件方面，选用合适环境检测传感器（空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、光照度传感器、二氧化碳传感器）、单片机及其外围芯片，并进行相应的电路控制设计。
　　系统软件方面，包括上位机和下位机软件两部分。下位机以单片机为核心，采用C语言编程，可独立完成环境参数的采集、数据处理、液晶显示以及输出控制等功能。上位机采用虚拟仪器LabWindows/CVI开发平台进行编程，实现参数设置、通信方式的选择、信息提示、数据显示与保存等功能。
　　系统采用无线通信技术，通过无线收发模块进行上位机与下位机之间的通信，实现温室环境的远程控制。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究背景

1．2 研究的意义

1．3 国内外研究现状和发展趋势

1．3．1 温室大棚环境控制技术国外研究现状

1．3．2 温室大棚环境控制技术国内研究现状

1．3．3 温室大棚环境控制技术发展趋势

1．4 虚拟仪器技术在农业中的应用

1．5 主要研究内容

2 系统总体方案设计

2．1 系统设计要求

2．2 系统总体方案设计及主要功能

2．3 虚拟仪器技术及其应用

2．3．1 虚拟仪器的概念和特点

2．3．2 虚拟仪器系统构成

2．3．3 虚拟仪器的发展

2．3．4 虚拟仪器系统设计方案

2．4 系统环境因子的研究

2．4．1 温度因子

2．4．2 湿度因子

2．4．3 光照度因子

2．4．4 二氧化碳浓度因子

2．5 无线传输技术选择

3 系统硬件设计

3．1 系统硬件设计方案

3．2 单片机的选取

3．2．1 单片机概述

3．2．2 系统选取的单片机

3．3 传感器的选取

3．3．1 空气温度传感器

3．3．2 空气湿度传感器

3．3．3 土壤温度传感器

3．3．4 土壤湿度传感器

3．3．5 光照度传感器

3．3．6 二氧化碳传感器

3．4 实时时钟芯片

3．5 键盘与液晶显示电路设计

3．5．1 键盘控制芯片

3．5．2 液晶显示器模块

3．5．3 操作面板设计

3．6 输出控制电路设计

3．7 报警电路设计

3．8 EEPROM存储器

3．9 稳压模块

3．10 无线传输模块

3．11 系统硬件抗干扰设计

4 系统软件设计

4．1 系统软件设计基本思想

4．2 系统下位机软件设计

4．2．1 下位机软件介绍

4．2．2 下位机软件主程序设计

4．2．3 初始化程序设计

4．2．4 数据采集模块

4．2．5 键盘控制模块

4．2．6 液晶显示模块

4．2．7 无线通信模块程序设计

4．3 系统上位机软件设计

4．3．1 虚拟仪器LabWindows／CVI开发平台

4．3．2 上位机软件总体设计

4．3．3 上位机主界面

4．3．4 上位机通信模块

4．3．5 数据接收模块

4．3．6 数据库模块

4．3．7 历史数据模块

4．3．8 报警模块

4．3．9 系统软件抗干扰

5 实验测试与结果分析

5．1 实验测试

5．2 实验结果分析

6 总结

7 展望

参考文献

致谢