摘 要

本文介绍了一个简单的温室大棚环境监测系统的设计。本次设计主要使用Arduino UNO板作为主板，并使用各种传感器对环境信息进行采集，将采集到的环境信息储存在Arduino UNO板中，并将之利用WIFI模块传输到手机，以完成整个系统的设计。

本设计主要分为两个大部分，第一个部分是数据采集部分。在数据采集部分中，采用温湿度传感器进行温度及湿度的采集，用光敏电阻进行光照强度的采集，用二氧化碳传感器进行二氧化碳浓度的采集，至此就将温室大棚所需要监测的数据采集完了。第二个部分是数据传输部分，由于考虑到实际生活中对于温室大棚环境数据的监测不一定是点对点的传输，故使用WIFI模块将数据传输至云平台，并在手机登录云平台查看数据。

关键词：Arduino UNO板，温室大棚，数据采集，WIFI传输

Abstract

This paper describes the design of a simple greenhouse environmental monitoring system. This design mainly uses the Arduino UNO board as the main board, and uses various sensors to collect environmental information, store the collected environmental information in the Arduino UNO board, and transfer it to the mobile phone using the WIFI module to complete the whole system.

This design is mainly divided into two parts, the first part is the data acquisition part. In the data acquisition part, the temperature and humidity are collected by the temperature and humidity sensor, the light intensity is collected by the photoresistor, and the carbon dioxide concentration is collected by the carbon dioxide sensor. The data to be monitored in the greenhouse is collected. The second part is the data transmission part. Since the monitoring of greenhouse environment data in real life is not necessarily point-to-point transmission, the WIFI module is used to transmit data to the cloud platform, and the mobile phone logs in to the cloud platform to view the data.

Key Words: Arduino UNO board, greenhouse, data acquisition, WIFI transmission

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1课题研究的背景 1

1.2国内外研究现状 1

1.3 课题研究的意义 2

1.4 研究内容及章节安排 3

第2章 设计总体方案 4

2.1 设计基本要求 4

2.2 硬件电路的概述 4

2.3 软件程序的概述 6

第3章 系统硬件设计 7

3.1 Arduino UNO板 7

3.2 元器件的选择及简介 8

3.2.1 温湿度模块 8

3.2.2 光敏电阻 9

3.2.3 二氧化碳传感器 9

3.2.4 WiFi模块 10

第4章 系统软件设计 12

4.1 系统整体程序流程图 12

4.2 编程软件Arduino IDE简介 13

4.3 数据采集部分 14

4.3.1 温湿度采集 14

4.3.2 光照强度采集 14

4.4 数据传输部分 14

第5章 系统的仿真与调试 16

第6章 结论 18

参考文献 19

致谢 20

附录1 21

附录2 24

1. 绪论

1.1课题研究的背景

随着时代的发展，人们的生活也变得越来越丰富多彩，现如今的人们对于生活品质的要求也在逐渐的提高。其中水果蔬菜作为人们补充营养物质，提高生活质量的必需品之一，也逐渐有了越来越大的市场，人们希望能够吃到不同的水果蔬菜，吃到足够产量的水果蔬菜。然而，由于环境的变化，当季的水果蔬菜的产量也逐渐变得越来越低，与此同时，人们也不再满足于每个季节都只食用当季那仅有的几种水果蔬菜，人们更加希望能够根据自己的意愿，想吃什么就能够吃到什么，想吃多少就能有多少可以吃，于是，便有了温室大棚的出现。

由于温室大棚能够根据人们的意愿来调节大棚内的环境，即温室大棚内部的环境是由人们所控制的，也就因此能够让人们自行选择大棚之中所种植的水果蔬菜的种类，而不用受限于环境的因素，只种植当季的水果蔬菜。因此，温室大棚也越来越被人们所接受，变得越来越普及，现如今，我们在市场上所见到的水果蔬菜之中，有相当部分便是在温室大棚之中种植出来的。温室大棚的存在，满足了人们对于水果蔬菜的不同要求，使得人们的生活品质也变得越来越高，人们也就能越来越健康的成长。

温室大棚系统的实现最重要的就是对于大棚内部环境的实时监测，只有在对大棚环境能够实时监测的基础上，再根据所种植的水果蔬菜所需环境要求的不同，来对大棚内部的环境进行调控，才能使得大棚内部环境能够满足所种植的水果蔬菜的生长所需，才能种植出所需要的水果蔬菜，以满足人们的要求。

利用温室大棚来实现种植所需的水果蔬菜需要满足的条件有很多，但因为其中最重要的部分就是对大棚内部环境的实时监测，所以本次课题所设计的就是一个简单的温室大棚环境监测系统的设计。

1.2国内外研究现状

温室大棚是指采用一定的材料，将一定的空间与外界隔离开来，在被隔离的空间内进行水果蔬菜的种植，并且可以对空间内的环境进行一定程度的人为调控的空间。

我国是温室研究开始最早的国家，早在两千多年前就已经有了温室大棚的雏形。而国外的温室栽培起源于罗马时期，也拥有相当长的历史。

经过这么多年的发展，利用温室大棚栽培水果蔬菜的技术也已经变得越来越成熟，随着电子器件的发展，温室大棚的控制也越来越智能化，现如今，通过对大棚内空气温度、二氧化碳浓度、土壤湿度以及光照强度等环境参数进行测量，再结合不同水果蔬菜各自不同的适宜生长参数，进过对比与调控，就能进行有效控制，使之快速健康的生长。

国内的温室大棚遍布全国各地，而就温室大棚环境监测及控制部分来说，我国的温室大棚以前主要是靠种植的人的经验来判断的，这种方式不但需要非常有经验的农民才能够较为准确的判断，还非常的简单，也就因此效率十分的低下。于是，我国的农民为了改变这个现状，便决定从西方的发达国家购买一些相应的设备来进行研究，希望能够借助购买的设备研发出属于我国自己的温室大棚环境监测系统，以提高监测的效率，到目前为止，我国的对于温室大棚环境监测系统的研究目前主要集中在通过物联网或者无线局域网来对温室大棚的环境信息进行实时的监测及获取，来进行最后的控制。例如可以利用物联网技术来实现对温室大棚生产过程中各项环境数据的实时测量，并根据相应的数据智能化的进行控制，也可以基于无线Mesh网络来监测控制等。

而国外的温室大棚以荷兰为代表，荷兰是一个土地资源非常紧缺的国家，他的农作物的生产主要就是依靠的温室大棚等现代农业技术来进行的，据此荷兰才成为了仅次于美国、法国的世界第三大农业出口国。国外的温室大棚环境监测系统最开始是利用像温度计湿度计等手工测量的仪器来对大棚内部环境进行监测的，这种方式较为容易出现错误，同时人们的劳动量也很大，后来，人们逐渐的将一些传感器等电子元器件加入到温室大棚的环境监测中来，就逐渐出现了真正意义上的现代的温室大棚环境监测系统，现如今，以荷兰为代表的欧美国家温室大棚的规模大，自动化程度也很高，生产效率非常高。以色列的温室大棚通过计算机来对环境进行实时的监测，再根据不同农作物对环境的不同要求，来进行整体的调控，以实现温室大棚农作物的生产高效化。美国、日本等国家目前是采用的网络通信技术和视频技术来对温室环境进行远程的监测、诊断和调控，是全世界最先进的温室大棚生产体系。

1.3 课题研究的意义

随着温室大棚技术的发展在现代农业的发展中所占有的的地位越来越高，而温室大棚环境监测系统又是整个温室大棚系统中至关重要的一环，温室大棚环境监测系统的发展重要性也就不言而喻了。温室大棚环境监测系统的发展从最开始的人工利用各种测量仪器进行数据的测量，到现如今通过一个控制中心，利用传感器进行环境数据的采集，并将之整理，完成整个智能化的过程，它的发展随着电子器件及智能控制的发展而不断发展，极大程度的保证了温室大棚的高效生产。它的意义主要有着以下几点：

1. 它能够极大的解放人们的劳动力和生产力，它的发展使得大棚内部的环境数据不再需要人们亲自来进行测量，只需要让整个系统自己运转，便能够实时且准确得得到环境信息，也不再需要人们手动来控制内部环境，可以交给温室大棚系统的主控制器来进行控制；第二，它的生产效率更高，对环境的实时监测和控制能够使得所种植的水果蔬菜始终保持在最适宜生长的环境条件之下，使之不会因为环境的不适宜而减缓生长速度，从而保持最快最高效的生长，以满足人们的日益增长的需求。

1.4 研究内容及章节安排

本文是根据温室大棚实际生产中所需要监测的环境条件，利用Arduino UNO板来作为控制的主板，来完成整个温室大棚环境监测系统的设计。在本文中，笔者将单独介绍整个系统中所使用到的各种元器件及系统整体的设计思路，并利用所需的元器件来完成整个系统的设计。

本系统的硬件主板是Arduino UNO板，并使用了温湿度传感器，光敏电阻，二氧化碳传感器以及WiFi模块来完成整个系统的设计，其中系统主要包括数据采集部分和数据传输部分两个部分。

用户的需求主要包括对温室大棚内部的温度，光照强度，土壤湿度及二氧化碳浓度进行检测，并将检测到的数据通过WiFi传输到手机上，本文利用Arduino UNO主板及所需的传感器来实现这些功能。

根据以上内容，本文的章节安排如下：

第2章：介绍设计的总体方案，包括系统整体的概述

第3章：介绍系统中的各个硬件模块的原理和作用

第4章：介绍系统所需要的程序方案

第5章：完成整个系统的仿真和调试，做出最后结果

第6章：总结

第2章 设计总体方案

2.1 设计基本要求

本次毕业设计在使用Arduino UNO为主板的基础上，要求设计出一个简单实用，又能满足所需的基本要求的温室大棚环境监测系统，需要使得设计出的系统能够满足以下几个基本的功能：

1：要求系统能够实时监测温室大棚内部空气中的温度，土壤的湿度，光照强度及二氧化碳的浓度，并将系统所监测到的数据进行数据的存储，将之储存在主板中的寄存器之中，以便WiFi模块的调用；

2：要求系统将监测到的数据能够进行实时的传输，传输至云平台之中，如果有人想要查看温室大棚内部环境的情况，那么它只需要在手机上登录云平台的网站，即可实时查看系统所监测到的数据，假如使用者还需进行环境的调控，只需根据系统监测到的数据，对比种植物生长所需的数据，即可对温室大棚内部环境进行调控；

3：在本系统的实际仿真之中，由于二氧化碳模块的价格过于高昂，故在进行实物仿真时没有进行二氧化碳部分，而增加了大棚顶部的卷帘控制，本系统采用一个直流电机来模拟运行大棚顶部卷帘的控制；

4：系统还需满足其他一些必要的辅助功能。

2.2 硬件电路的概述

本次温室大棚环境监测系统设计的硬件部分可以分为以下几个模块：

1：Arduino UNO主板

2：温湿度传感器

3：光敏电阻

4：二氧化碳传感器

5：WiFi模块

为了完成以上所需的几个模块，设计出了系统整体的硬件结构图如图2-1所示：

硬件设计部分的总体思路是由于该系统可以从功能上划分为两个部分：一个是数据采集部分，另一个是数据传输部分，而每个部分所使用到的元器件都是由该部分的功能所决定的，再由于本次毕业设计的要求是需要笔者基于Arduino来设计一个温室大棚环境监测系统，故本系统以Arduino UNO板作为主板，通过Arduino UNO板将两个部分给连接在一起，使之成为一个完整的系统。

在整个设计的过程中，笔者是先从Arduino UNO板开始设计的，设计出了Arduino板之后，再分别对所使用到的各个元器件进行选型，在完成元器件的选型之后，再对每个元器件进行单独的调试，因为只有在元器件单独调试能够顺利完成的情况下，再将各个元器件给组合在一起，才能够完成整个系统的调试。

笔者首先从温湿度部分开始进行设计，由于温度与湿度是我们生活中经常需要测量的变量，在很多情况下都需要对温度和湿度一起进行测量，所以市面上有整体的温湿度模块可供笔者选择，在经过对系统设计整体难易程度以及系统的实用情况等方面的比较之后，笔者选用了温湿度模块来完成对温度和湿度部分的测量。接下来的光照强度部分，该部分由于光敏电阻已经能够很好的完成系统所需的检测光照强度的功能，而且光敏电阻的发展已经较为成熟，市面上有较多的光敏电阻可供笔者选择，且它结构简单，使用也较为简便，故笔者选择使用光敏电阻来完成光照强度部分的测量。二氧化碳部分则采用二氧化碳传感器进行设计。最后来进行数据传输部分的设计，该部分由于系统的要求，笔者选用WiFi模块来进行数据传输，这个部分是整个系统设计过程中的难点，WIFI模块的使用有一定的难度，且进行数据传输的过程可能会遇到许多问题，故这个部分是需要笔者重点进行攻克的，攻克了这个部分，系统也就基本完成了。

图2-1 系统整体硬件结构图

2.3 软件程序的概述

由于本次设计的系统主要需要实现的功能为：控制温湿度传感器、光敏电阻和二氧化碳传感器进行相应的环境数据的采集，并将数据储存在Arduino UNO主板的寄存器之中，再由WiFi模块进行数据的读取与传输，将数据传输至云平台上，用户可在手机等能够进行联网的地方进行数据的查看。

整个软件部分的设计原理上从整体上来看与硬件部分是基本相同的，笔者都是采用了模块化的思路来进行设计，首先将各个模块分别进行单独的编译与运行，再在各个模块都单独运行成功的基础上，将它们全部整合在一起，并进行整体的调试，来完成整个系统的软件部分。

在整个设计过程之中，数据采集部分所需要设计的程序并不算困难，只需要进行传感器的控制，使各个传感器能够进行基本功能的运行，再将数据储存至寄存器之中即可。整个设计的难点部分在于使用WiFi进行数据传输的部分，该部分需要将WiFi模块连接上网络，再借助网络与云平台进行连接，并向云平台进行数据的传输，这是整个设计之中需要重点攻克的部分。

第3章 系统硬件设计

3.1 Arduino UNO板

本设计采用的是Arduino UNO 板为主板，他是一款非常简单实用且常见的开发板，它以AVR单片机ATmega328P作为主控制器，它的集成开发环境为Arduino IDE，适合初学者单片机入门时使用，可以帮助初学者较为快速的掌握单片机技术。

Arduino UNO板是以ATmega328P单片机为核心的一种开发板。这种开发板包含有14个数字输入/输出引脚(其中6个可用于PWM输出)，6个模拟输入引脚，一个16mhz晶体振荡器，一个USB接口，一个DC接口，一个ICSP接口以及一个复位按钮。在这个开发板中，我们可以发现它包含了一个基本的微控制器所需要的所有东西，所以我们使用的时候只需要通过相应的线将它连接到我们的电脑的USB端口，或者使用AC-DC适配器，甚至直接使用电池，就可以驱动它。

“Uno”,即意大利语中的“一”，它表示Arduino UNO是Arduino系列的第一个开发板。Arduino IDE 1.0是Arduino IDE的第一个官方版本。Arduino UNO硬件和Arduino IDE软件都建立了一套Arduino开发标准。此后，Arduino开发板和衍生品都是用这个标准建立的。

如图3-1为我所使用的Arduino UNO板

图3-1 Arduino UNO板

下表3-1为Arduino UNO板的技术参数，能够让我们对Arduino UNO更为的了解，使用起来也更为的方便：

表3-1 Arduino UNO板参数

3.2 元器件的选择及简介

3.2.1 温湿度模块

以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。

相关图片展示：