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作者：青岛大学 赵永贵 冯德翠 王梦宾
指导教师：范秋华

作品简介

　　开发背景：温室大棚是植物栽培生产中必不可少的设施之一，温湿度是衡量温室大棚的最重要的指标，它直接影响到栽培作物的的生长和产量，为了能给作物提供一个合适的生长环境，首要问题是加强温室内的温湿度的监测。因此，为了实现高效农业的科学化和研究性，推动我国农业发展，解决我国农民普遍收入低的问题，缩小城乡差距，推动全面小康社会，迫切需要价格适中的、自动化程度高的农业设备。由于单片机及各种电子器件性价比的迅速提高，使得成本低性能稳定的这种要求变为可能。当今大多数对大棚温度、湿度、二氧化碳含量的监测与控制都采用人工管理，这样不可避免的有测控精度低、劳动强度大及测控不及时等弊端，容易造成不可弥补的损失，结果不但大大增加了成本，浪费了人力资源，而且很难达到预期的效果。
　　为了实现高效农业生产的科学化并提高农业研究的准确性，推动我国农业的发展，必须大力发展农业设施与相应的农业工程，科学合理地调节大棚内温度、湿度以及二氧化碳的含量，使大棚内形成有利于蔬菜、水果生长的环境。目前，随着蔬菜大棚的迅速增多，人们对其性能要求也越来越高，特别是为了提高生产效率，对大棚的自动化程度要求也越来越高。
　　结构功能及使用说明：采用IAP作为主控制系统;液晶显示模块LCD12864作为本次系统的显示;DHT11温湿度传感器作为本次系统温度和湿度的信息采集。
　　设计能够实现温湿度上下限设定、自动监测、显示和报警等多功能的温湿度测控系统。该设计系统还可以推广到其他领域[1]。

平台选型说明

　　系统选择以IAP15F2K61S2芯片为控制核心的单片机开发板为开发平台，经济实用。IAP15F2K61S2是1T的增强型8051 CPU，可以进行在线编程，具有双串口、三个定时器、高速10位AD等模块，方便进行系统开发。开发板具有显示模块、输入/输出模块、传感模块、电源模块、通信功能、电子日历等模块。开发板功能齐全适用于单片机初学者学习，也适合单片机专业开发者使用。所以我们选用此开发板来完成我们的设计!

设计说明

设计原理：
本设计采用IAP15F2K61S2芯片为控制核心，用1602作为显示模块，采用DHT11作为测温度和湿度芯片，报警部分是采用双色LED灯，如果说温湿度超过给定参数值，测得的数据将会通过短信模块传输到指定的手机上面。DHT11是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，具有很好的稳定性。与MCU采用单总线数据传输格式,一次通讯时间4ms左右,数据分小数部分和整数部分,在通信最后，是8位校验位，保证了数据传输的正确性。通过GSM模块，信号通过移动通信，保证了信息能够远距离传输，和系统的远距离控制。

设计方案：
　　1、 控制芯片的选择
　　方案一：采用STC15F2K61S2芯片为控制核心
　　STC15F2K61S2系列抗干扰;采用了STC第八代加密技术;不需要外部晶振和复位电路，利用IAP技术，可省掉外部EEPROM;可在线编程;双串口，包含高速8通道10位A/D转换器;可工作在一个时钟周期模式。
　　方案二：采用Xilinx Spartan-3E 系列芯片为控制核心
　　其具有大量用户I/O端口,最多可支持376个I/O端口或者156对差分端口。单端口传输速率可以达到622Mbps,支持DDR接口。最多可达36个专用乘法器、648 BRAM, 231 k分布式RAM。宽时钟频率以及多个专用数字时钟管理模块((DCM)。Spartan-3E是性价比非常高的FPGA芯片。
　　方案论证及选定：虽然Xilinx Spartan-3E具有使用灵活，高速等优点。但是考虑到我们设计的需要，用C语言实现单片机的控制简单易行，基本功能也足以实现。因此，我们决定选用STC15F2K61S2单片机，因为它可以在保证我们功能实现的前提下，节约成本。

　　2、传感器选择
　　DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。
　　DHT11传感器电路图如下：　　

　　3、无线模块的选择
　　方案一：采用Wi-Fi通信模式
　　为mcu添加一块Wi-Fi模块，作为信号的发射。然后，在设置一个简单的单片机，并安装Wi-Fi模块，作为远程接收和控制。通过两块Wi-Fi，能够实现蔬菜大棚信息的传输与简单控制，且成本较低，易于推广。但是，Wi-Fi的传输距离有限，且传输的准确度随着传输距离的增加而下降。存在着很多不足。
　　方案二：采用GSM模块
　　GSM模块，作为比较成熟的模块，可以非常方便的让其与单片机进行连接，实现信息的远程传输和远程控制。因为3G网络的普及，以及国家对移动基础设置的着重发展，移动基站越来越多，该产品可以使用的地理位置越来越广泛。不过，GSM模块成本较高，且需要移动卡的支持，这是其主要的缺点。
　　综上所述，我们选择了GSM模块最为我们产品的最终方案。以为，往往蔬菜大棚离家的距离比较远，Wi-Fi信号的距离不能够满足要求，且GSM模块稳定性非常好，因此，方案二是比较好的解决方案。

作品特色

　　我们的温、湿度监测系统采用IAP系列单片机作为控制核心，温湿度传感器DHT11测量周围温度和湿度，用LCD显示出来。我们还利用GSM MODEM模块进行远程监测，只要通过手机发送指令，就可以得到实时的温湿度情况。同时，增加了智能报警系统，温度如果超过预设值，并向特定的手机发送报警信息。这就充分考虑到了人的实际活动，GSM的应用也扩大了应用范围。该系统节能，体积小，可以放置在任何地方，重要的是，我们使用的DHT11传感器非常便宜，测量结果还算比较准确。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2730