摘 要

我国作为一个人口大国，每日消耗的粮食可达60万吨左右，需要大量的食品来维持日常消耗，所以农业生产一直受到人们的关注和重视。温室大棚是农业生产中常用的一种能够为作物提供适宜生长环境的农业建筑设施，自产生以来就一直为人们提供了大量的反季节作物和温室作物。我国的温室大棚虽然产生时间比较长，但是配套的响应自动控制技术并没有完善，许多农村地区只是简单的应用了温室大棚的整体结构，没有对内部环境有直观的监测和控制。

随着我国农业生产标准化的进程逐步加速，农业生产逐渐向现代化转移，越来越多的温室大棚需要使用数字化生产管理，通过对各项环境因素的监测与控制，提供作物适宜的生长环境，实现农业的最大化生产。由此出发，本文设计提供了一款应用于温室大棚内部的温湿度监控系统，该系统能够实时监测温室大棚内部的温湿度环境数据并传输给上位机处理。整个系统开发应用了arduino UNO单片机开发板和DHT11传感器，在上位机使用labview软件开发了用户应用界面。整体运行流畅，系统使用方便，适合实际应用。

关键词：arduino；DHT11;labview；温湿度监控

Abstract

China as a large population, the daily consumption of food up to 600,000 tons, need a lot of food to maintain the daily consumption, so agricultural production has been people's attention and attention. Greenhouse Greenhouse is an agricultural construction facility commonly used in agricultural production to provide suitable growth environment for crops. Since its inception, it has been providing people with a large number of anti-seasonal crops and greenhouse crops. China's greenhouse, although the production of a long time, but the supporting response to automatic control technology is not perfect, many rural areas is simply the application of the overall structure of the greenhouse, there is no intuitive monitoring and control of the internal environment.

As China's agricultural production standardization process gradually accelerated, agricultural production gradually shifted to modernization, more and more greenhouse greenhouses need to use digital production management, through the monitoring and control of environmental factors to provide appropriate crop growth environment, to achieve Maximize the production of agriculture. In this paper, the design provides a temperature and humidity monitoring system for the greenhouse, which can monitor the temperature and humidity environment data in the greenhouse and transmit it to the host computer. The entire system development and application of the arduino UNO microcontroller development board and DHT11 sensor, in the host computer using labview software development of the user application interface. The overall operation is smooth, the system is easy to use, suitable for practical application.

Keywords: arduino; DHT11; labview; temperature and humidity monitoring

第一章 绪论

1.1 研究背景及目标

我国人口众多，国土面积大，自然资源丰富，但是平均分配到每个人就显得非常少，人均耕地面积只有1.3亩，远少于世界人均耕地面积4.8亩。为了满足13亿人的基本生活需求，每天都需要提供大量的食品和用品，这就对我国的农业生产提出了极高的要求。如何提高有效耕地面积和如何提高耕地农作物产量一直是农业的主要研究方向。

蔬菜大棚或者说温室大棚是一种采用特殊的覆盖材料作为外部结构，内部具有一定的环境控制能力，用来营造特殊的气候条件，从而保证农作物可以良好生长的农业设施。其能够在自然环境的逆境环境下创造适合于作物生长的环境条件，进行有效生产，可以有效提高作物的品质和产量。

在作物生长的过程中，温湿度是十分重要的两个物理量，合适的温湿度对作物的生长起到了决定性的作用，然而我国现在的温室环境控制技术还没有得到完全的应用，部分地区对大棚内部环境缺乏有效的理解和控制，阻碍了作物产量提升及品质提高，没有充分发挥出温室大棚的优点。为此，本次设计旨在提出一种高效、低成本的温室大棚温湿度监测系统，能够实现对大棚内部环境因素的实时的监控，完善相应的控制技术。

1.2 国内外研究现状

中国是温室技术起源最早的国家，最早的相关史书记录可以追溯到公元前五世纪。而现代温室技术则发展较晚，虽然早就为人们所知，但上个世纪80年代后温室技术才逐渐被人们所重视。1984年国家首次发布了农用大棚的的国家标准，使我国温室的标准化迈出了可喜的一步。

在温室环境控制技术方面，国外的相关研究起步较早，理论和研究也比国内完善。目前已经实现了自动控制和计算机管理，配套设施非常完全。我国温室设施在研究时间上比较短，但现在正在飞速赶上。改革开放初期我国曾先后从保加利亚、荷兰、罗马等国引进现代温室24座，但由于各地当时过于关注大棚本身，忽略了对我国气候的适应和配套的控制栽培技术，经济效应普遍不佳。

随着改革开放的深入，到2012年止，我国温室大棚已有一千余万亩，并还在高速发展着。正因如此，我国对于温室自动控制技术的需求也越来越大，相应的技术投入也在提高。随着我国不断地引进和发展温室大棚及配套技术，目前己经开发出了比较完整的设备并形成了一定的标准，初步形成了我国现代温室的技术体系和系列产品。但还是存在的标准不够完善、软件体系不完整、环境因素控制比较单一等缺点

1.3 研究的基本内容及目标

本文的基本内容是研究并设计一个温室大棚温湿度监测系统，实现实时的室内环境检测。主要通过传感器读取温室大棚的温湿度然后通过无线传输给上位机系统，在上位机可以进行数据的处理和评估。

本次设计的应用目标是基本的、自动化程度较低的温室大棚。通过温湿度的基本数据来为温室大棚的控制和栽培提供技术支持和方法指导，从而提高温室大棚的作物产量和品质。

1.4 论文章节安排

本文设计应用以实际应用需求为目标进行设计，总共六个章节。

第一章：绪论。主要介绍了本次设计的研究背景，设计目标及应用方向。

第二章：系统总体方案设计。主要说明本次设计的系统主要功能和思路，各部分的简介和对比介绍以及硬件选择理由。

第三章：系统硬件设计。主要介绍本次设计应用了哪些硬件，每个硬件的作用及其是如何工作的。

第四章：系统软件设计。系统软件部分的功能和工作流程，以及如何实现这些功能，这些功能在实际应用中起到的作用。

第五章：实验与调试。制作出实物后进行运行，测试能否运行，整体功能是否良好，是否满足设计要求以及设计过程中遇到过的一些误差和问题分析。

第六章：总结与展望。总结本次设计的过程和经验，分析自身的优点和不足，表达设计过程中的一些想法，展望设计内容的扩展和下阶段目标。

第二章 系统总体方案设计

2.1 系统主要功能要求

1.使用传感器实时监测温室大棚的温湿度数据。

2.将数据在单片机上进行处理并通过串口传输给上位机。

3.上位机可以发送指令启动传感器，决定是否采集温湿度环境数据。

4.在上位机接收到数据后可以进行实时的显示，直观地反映给操作人员。

5.上位机可以对数据进行操作和统计，帮助用户进行数据处理。

2.2整体方案选择思路

通过对不同文献和参考资料的对比，本次设计拟定了两种不同的设计方案。

方案一：整体系统完全由单片机控制和动作，使用单片机来控制传感器采集温湿度数据，然后将处理后的数据结果显示在与单片机连接的液晶屏上。该方案整个系统内容完全在单片机内部，后续开发和功能目标完全由单片机实现。

方案二：使用单片机和计算机组成上下位机，单片机负责使用传感器并将采集到的数据发送给计算机，由计算机来进行数据处理和显示。整体以计算机为核心，单片机主要作为扩展和外设搭载。

在对比和参考这两种方案的过程中，参考了国内外温室大棚控制技术的发展历程，发现这项技术的目标是实现温室大棚的自动化生产，减少人力并优化作物环境控制，得到低投入高产出的农业生产。所以为了迎合未来的研究方向，本次设计的整体方案决定使用单片机和计算机的上下位机系统，将来可以根据不同需求为单片机搭载不同内容，同时也利于环境因素和作物生长的大数据统计和研究。

2.3 传感器的选择方案

通过一段时间的对比和选择，本次设计选择的参考方案有两种。

方案一：采用了DS18B20数字式温度传感器和HS1101电容式湿度传感器。

通过同时使用这两种传感器来分别对温室大棚环境进行测量，从而得到采集的温湿度数据结果。

DS18B20是一种线式数字温度传感器，具有独特的单线式接口方式。温度测量范围—55℃~125℃，误差范围在-\ 0.5℃，工作电源: 3.0~5.5V，静态功耗lt;3uA。具有体积小，价格低，抗干扰能力强等优点，应用范围非常广泛。

HS1101是电容式湿度传感器。其可测量相对湿度范围在0%~100%RH，误差为-\ 2%RH，漂移量0.5%RH/年。具有工作范围宽，测量精度高，可靠性好使用寿命长等优点，但由于输出信号为模拟信号，需要配套其他电路及元器件组成湿度测量电路。

方案二：使用DHT11数字式温湿度传感器进行数据采集。该传感器作为一款集成型的一体化数字温湿度传感器，采用了专门的模块采集技术和温湿度传感技术，有很高的可靠性和稳定性。传感器测量范围20%~90%RH，0℃~50℃。测温精度为-\ 2℃，测湿精度为-\ 5%RH，内部有一个NTC测温元件和一个电阻式感湿元件，两个元件与一个8位单片机相连接。该产品具有反应速度快、性价比高、抗干扰能力强等优点，性能参数完全符合本次毕业设计的要求。

经上述介绍，方案一的传感器虽然精度更高，但组合结构复杂，模块化程度低，两个传感器需要分开进行电路设计并通过不同的信号处理来反馈给单片机。方案二虽然没有方案一的高测量精度但设计简单，电路模块化高，同时能够满足在温室大棚中进行温湿度测量的设计要求。所以本次设计最终决定选用方案二，即DHT11数字式温湿度传感器作为温湿度的检测模块

2.4单片机的选择方案

方案一：使用Arduino单片机开发板作为数据处理和收发的运行平台。该单片机是一款方便灵活、易于上手的开源的电子平台。该开发平台最初构建于2005年，由五位原始创始人设计，是一块基于开放源代码的USB接口simple I/O接口板，使用了类似于Java、C语言的IDE开发环境。其整个系统可以分为硬件部分和软件部分，硬件部分是可以用来做电路连接的Arduino电路板，上面包含了12通道数字GPIO,4通道PWM输出，6-8通道10bitADC输入通道，软件部分则是Arduino IDE，负责在计算机中进行程序开发。用户需要在要在IDE中编写程序代码并将程序通过串口传输到Arduino电路板，实现各种不同的功能。

在实际应用过程中，Arduino能非常方便的与不同的电子元件组合使用，比如通过传感器监测环境，通过灯光、蜂鸣器等来反馈信号。良好的通用性和方便的开发能力以及众多的应用例子使越来越多的硬件开发者使用arduino来进行硬件开发。