温室环境智能化检测与控制系统设计

　摘 要

为了实现温室的智能化管理，设计了一种基于STC15W4K56S4的温室环境智能化检测与控制系统，由数据采集系统、过程控制系统、上位机界面组成。通过数据采集系统检测温室环境中各变量的值，由单片机读取，对数据进行处理。过程控制系统由补光灯、加热器、电动通风窗等组成，当温室中的变量超出设定的范围时，由单片机发出命令，触发警报系统，并将信号送给过程控制系统，进行降温、通风、遮阳等操作。上位机界面由python编写，上位机通过无线数传模块与单片机进行串口通讯，对温室环境中各变量的值进行实时显示和监控。且该系统设置了智能门禁系统，实现了温室进出人员的科学化管理。

　关键词： 多变量过程控制智能门禁上位机

　　1 绪论

　　1.1选题研究意义

在我国科技大力发展的推动下，温室业发展迅速，目前我国温室建筑面积非常大[1]。虽然我国的温室建筑面积很大，但是我国温室作物的产量并不高，其主要的原因是我国现存的温室主要以传统的温室大棚为主，智能化程度低，主要依靠人工对温室环境进行检测，通过人工启动调节设备对温室环境进行调节，而大多数温室作物对温室环境的要求很高，传统的温室根本无法为温室作物创造最适合生长的环境，从而导致了我国温室作物普遍产量都不高。因此，想要提高我国温室的产量，就必须充分利用现代科学技术，提高我国温室的智能化程度，实现温室的智能化管理。

温室环境智能化检测与控制系统是以提高我国温室智能化程度为目的而研发的一款系统，它是农业自动化未来的发展方向。和传统的温室控制系统对比，该系统优势明显。通过上位机系统控制下位机进行温室环境的实时检测与调节，在提高温室作物产量、降低生产成本、增加务农人员收入等方面具有明显的成效。传统的温室对工作人员的需求量大，浪费了劳动力，且无法实现温室环境的实时检测与调控，导致了产量低。

　1.2国内外研究现状

　　1.2.1国内发展情况

相对于国外对于温室环境的检测与控制系统的研究，我国对于该方面的研究开始时间较晚，主要在20世纪80年代后期才正式开始发展[2]。我国目前有很多科研机构和相关企业对温室环境智能化检测与控制系统进行了深入的研究，并取得了不错的成果，近年来我国对于温室的研究发展极快。如齐云鹤团队研发的温室控制系统等，由数据采集器收集数据，并把数据上传到计算机进行处理，有效控制了系统底层，使温室作物的产量得到了极大地提高[3]。

1.2.2国外发展情况

东京大学在上世纪80年代初的时候，就研发出了智能化温室调控系统[4]。由于国外对于温室环境控制的研究起步较早，且在该方面投入了大量的资金和科研力量，所以温室环境智能化检测与控制系统在国外发展迅速，尤其是在那些农业非常发达的国家，该系统得到了大面积的推广和普及，从而使得国外的温室总体呈现出温室作物产量高、智能化程度高等优点。

　1.3研究内容及技术指标

　　1.3.1研究内容

设计以STC15W4K56S4为主控芯片的温室环境智能化检测与控制系统，该系统通过多变量采集系统检测温室中各变量的值，并由单片机读取，对检测到的数据进行处理，当温室中变量的值超出设定的上下限时，由单片机发出命令，开启警报，并把信号送给过程控制系统，进行补光、降温、通风等操作。并通过上位机对采集的数据进行实时显示。且该系统设有智能门禁模块，从而实现了对温室工作人员的有效管理。

　1.3.2技术指标

以STC15W4K56S4为主控芯片设计温室环境智能化检测与控制系统，主要由无线数传模块、变量采集、过程控制、上位机四部分组成，且可以通过上位机界面进行远距离监控。

该系统实现了对温室环境进行智能化检测与调控。其技术指标主要有四点。

⑴系统能够对温室环境中主要变量进行实时检测和调控。

⑵由上位机对检测数据进行实时监控。

⑶通过智能门禁，实现对进出温室的工作人员进行科学的管理。

⑷实现当温室中变量的值超出设定的范围时，自启动警报装置。

2系统设计方案

　　2.1系统设计原则

⑴在产品设计时，使软硬件的设计都符合当今时代的潮流[5]；

⑵在设计系统的过程中，要考虑到安全系统，当出现小故障时，系统可以自我解决，当出现大型故障时，系统会启动警报系统，发出警报，提醒工作人员。

⑶在设计系统时，应该仔细考虑成本问题，在保证质量的前提下，应该尽可能的从各方面节约成本[6]。

⑷系统应具有自修复能力，当出现故障时，系统可以迅速的找出故障，并进行自我修复。

⑸在设计系统时，软件和硬件均应支持二次开发，并且系统留有与外设通信接口。

2.2总体系统设计方案

系统以STC15W4K56S4为主控芯片，通过数据采集系统检测温室中各变量的值，由单片机读取，并通过上位机进行实时显示。当温室环境中主要变量超出设定范围时，由单片机发出命令，触发警报系统并启动过程控制系统，对环境进行调节，使温室中各变量尽快达到正常状态。温室工作人员通过刷卡的方式进出温室，实现了温室工作人员的科学管理。总体的系统结构如图2-1所示。

图2-1系统结构图

　2.3软件架构设计

首先根据系统应具备的功能，将系统模块化，然后根据各模块的需要进行引脚的配置和变量的定义，开始设计系统时，先将串口和IO口初始化，然后根据系统需要设计温室环境检测函数、过程控制函数、门禁系统函数、接收数据函数、发送数据函数，最后编写主函数。程序的框架如图2-2所示。

图2-2程序架构图

　2.4硬件架构设计

12V电压通过降压模块成功降压后给CPU供电，CPU根据数据采集系统和232转TTL模块所接收到的数据和控制命令来控制对应的动作，使整个系统做出反应，从而使相应的硬件模块完成功能。硬件结构设计如图2-3所示。

图2-3硬件结构设计图

　2.5 系统特点

此系统实现了对温室环境的实时检测与调控，使温室环境中各变量保持在设定的范围内，温室环境智能化检测与控制系统主要有以下特点：

该系统可以通过上位机显示检测到的数据，实现了远程监控。本系统采用了特殊的数据校验机制，有效的防止了数据的丢失，并确保了数据的准确性。本系统设置了智能门禁模块，员工通过刷卡的方式进出温室，操作简单，而且实现了进出温室人员的科学化管理，有效地保证了温室安全性。

　3硬件设计

　　3.1硬件结构框图

降压模块把12V电压成功降为5V后，给CPU供电；CPU通过数据采集系统中的器件采集温室中各变量的数据，并由上位机界面进行显示和实时监控。当温室环境中变量超标时，由单片机发出命令，启动警报系统，并控制过程控制系统中的加热器、风扇、遮阳帘、通风窗、补光灯对温室环境进行调节，使温室环境尽快恢复正常。员工通过刷卡的方式进出温室。硬件结构框图如图3-1所示。

图3-1硬件结构框图

3.2硬件电路设计

　　3.2.1STC15W4K56S4单片机主控模块

温室环境智能化检测与控制系统主控模块设计使用的是STC15W4K56S4芯片，是一款性能较好的单片机，其封装为PDIP40格式[7]。STC15W4K56S4芯片属于1T的单片机，且内部已集成高可靠复位电路和高精度时钟，不需外部晶振和复位电路。

⑴利用STC15W4K56S4单片机系统板实现以下几点功能。

①串口向上位机发送实时检测数据并接收由上位机发出的控制参数。

②控制温室环境检测模块的正常运行。

③控制过程控制系统的正常运行，实现对温室环境的实时调节。

④控制警报模块增强整个系统的安全性。

⑤控制智能门禁模块的正常运行。

⑵STC15W4K56S4单片机有以下特点。

①相对于其他的单片机体积较小，在各种项目里面都能够方便的使用[8]；

②相较与别的型号的单片机，运行速度更快。

③该单片机具有大容量的SRAM。

　　3.2.2232转TTL模块

SP3232E芯片引脚功能如表3-1所示。

表3-1 SP3232E芯片引脚功能表

STC15W4K56S4通过P0.4引脚和P0.5引脚将TTL电平输入到RIN2、DOUT2，因此，SP3232芯片上的RIN2引脚和DOUT2引脚输出便是232电平信号。

通过芯片上的RIN1引脚和DOUT1引脚接入单片机外设，接收上位机的数据，这样，芯片上的DIN1引脚和DOUT1引脚输出的便是TTL电平，通过P1.4、P1.5两个引脚接进STC15W4K56S4进行处理。

　3.2.3数传模块

上位机和主控板之间通过无线数传模块进行数据的传输，该模块相当于一座桥梁，实现了两者的通信[9]。无线数据传输如图3-2所示。

图3-2 无线数据传输示意图

单片机通过串口1发送TTL电平，TTL电平经过SP3232E芯片转换为232电平,送至无线数传模块（发送器）；之后无线数传模块（发送器）将信号传送给无线数传模块（接收器），无线数传模块（接收器）通过标准的232接口接收232信号，232电平经过SP3232E芯片转化为TTL电平，传送给上位机。

　　3.2.4数据存储模块

为了防止断电数据丢失，本系统采用了AT24C02数据保存芯片。AT24C02是基于I2C-BUS的存储器件，其串行同步半双工的工作方式，以及采用主从通信方式保证了数据传输的准确性，而且其独特的存储方式保障了数据掉电不会丢失，AT24C02在现代自动化控制方面应用广泛。AT24C02芯片如图3-3所示。

图3-3AT24C02芯片图

AT24C02芯片有256个存储单元，可以保存大量数据，且其理论擦写次数达100万次，具有使用寿命长的优点。AT24C02芯片采用I2C通信协议，一条总线上可挂接多个AT24C02，每个芯片可以通过自己唯一的地址与CPU通信，AT24C02与CPU之间进行双向的数据传输。存储电路如图3-4所示。

图3-4存储电路图

　3.2.5 AD转换模块

为了将环境中不断变化的物理量转化为数字量信息，便于工作人员对环境的监测，本系统采用以PCF8591芯片为核心的AD转化模块。该芯片是单集成8-bit CMOS数模转换器件，数模转换模块电路如图3-5所示。

图3-5数模转换模块电路图

PCF8591芯片采用I2C通信协议。芯片上AIN0到AIN3四个引脚为模拟量输入通道，用于采集模拟量，并将模拟量转化成数字量，A0到A2三个引脚用于PCF8591地址的配置，一条总线上至多可挂接8个PCF8591芯片，AOUT引脚为模拟量输出引脚，可将接收到的数字量转化成模拟量输出，Vref和AGND分别为参考电压和参考地引脚，为PCF8591提供转化量程的上下限。

光敏传感器连接到AIN0引脚，光敏电阻的成分为硫化镉，伴随光照强度的改变它的阻值会发生改变，因此从AIN0通道转化回的数字量发生改变，将得到的数字量进行转化得到光照强的值，便于工作人员对光照强及时进行监测。工作人员可以设置光照强度的上下限值，当光照强度超出设定的范围时，系统会启动警报系统，提醒工作人员环境参数已超标。

　　3.2.6C02浓度检测模块

控制好温室环境中C02的浓度是一项关键技术,本系统用MG811来检测温室环境中C02的浓度值，MG811对C02的灵敏度高，而且稳定性非常好，几乎不受周围温湿度变化的影响，可以保证C02浓度检测模块实时的、准确的检测温室中C02的值。MG811实物图如图3-6所示。

图3-6MG811实物图

由于其输出的阻抗高，不能直接将输出接入AD转化芯片的输入端，在MG811信号输出端后面接阻抗变换电路，将阻抗值降至可测级别。由于MG811工作时内核温度很高，因此本模块设计了温度补偿电路，使传感器实现全温测量，测量的精准度更高，将该模块的模拟信号输出端接入AD转化芯片的AIN2端，由于MG811输出的电压值与温室环境中C02浓度成比例关系，所以可根据该比例关系，将AD转化芯片转化回的数字值转化成C02浓度的值，单片机通过读取AD转化芯片上AIN2通道转化回的值，实现对C02浓度的检测。

　　3.2.7温度检测模块

该模块以DS18B02为核心，以满足温度检测模块高精度、高可靠性的要求。DS18B20体积小、硬件开销低、且具有强大的附加功能，可以直接与一个高性能单片机相连接。DS18B20电路图如图3-7所示。

图3-7温度检测模块电路图

DS18B20采用1—wire总线接口，由它组成的系统线路简单，体积小，且每个DS18B02都有自己独特的序列码，可以在一条总线上挂接多个DS18B02。该器件的测温范围广，且在-10度到+85度范围内，其精确度为±0.5℃。DS18B02为三针单排引脚封装，采用外部供电接法，VDD引脚接电源，GND接地，DQ引脚接总线，总线上加弱上拉电阻。

DS18B02按照单总线协议进行通讯，且在任何通讯前应先将其初始化，单片机每向DS18B02发送一次温度转化指令，DS18B02进行一次温度转化，且将转化回的数据存在高速暂存器中，之后保持等待，在没有收到转化命令时DS18B02不会自动进行温度转化。读取过程则由单片机向DS18B02发送读暂存器指令，从暂存器的第一个字节开始读，成功读取温度值后，由单片机发送命令，DS18B02终止读取，完成一次温室环境中温度值的采集。且单片机可以通过写暂存器指令，来配置DS18B02暂存器中byte4中的值，使其工作在9到12位精度模式下，该系统中DS18B02工作在12位模式下。且DS18B02有报警温度设置功能，通过配置DS18B02暂存器中byte2和byte3的值来设置报警温度的上下限，当温度超出设定的上下限时，DS18B02发出信号，由单片机触发警报系统，提醒工作人员温度超标。

　　3.2.8 湿度检测模块

为了确保湿度检测模块的稳定性，系统设计了以DHT11为核心的湿度检测模块。DHT11响应迅速，而且可以长距离传输，使得DHT11成为湿度检测系统的首选。DHT11实物图如图3-8所示。

图3-8DHT11实物图

DHT11采用单线制接口，VDD引脚接电源，GND接地，DATA引脚接总线，总线加上拉电阻。由于系统对采集温度的精度要求较高，所以该系统仅使用DHT11采集的湿度值。DHT11服从主从通信方式。DHT11与单片机按单总线协议通信，当DHT11上电后会检测环境温湿度并保存数据，之后等待单片机发出的起始信号，DHT11收到信号后，待起始信号结束后，DHT11发出响应信号，之后由DHT11的DATA端输出数据，之后DHT11转为等待状态，内部重新检测温湿度数据并保存，等待下次起始信号的到来，完成对湿度值的采集。

　3.2.9光耦隔离模块

因为STC15W4K56S4单片机的IO口驱动能力非常弱，一般在几十毫安左右，而负载通常所需的电流较大，可能会烧坏CPU，因此，为了防止电流过大而烧坏CPU，本系统采用了光耦隔离模块。光耦隔离模块电路如图3-9所示。

图3-9光耦隔离模块电路图

如果在CH1处输入高电平，会在1、2会产生压降，则3、4两端导通，因此在C1处输出3.3V电压。

如果在CH1处输入低电平，那么1、2之间就不会产生压降，则3、4两端不会导通，因此在C1处输出0V电压。

　3.2.10电机驱动模块

电机驱动模块电路如图3-10所示。

图3-10电机驱动模块电路图

把D1端置高（U=3.3V）、D2端置低（U=0）时Q1、Qmh2导通，Qmh1、Q2关闭,此时right端处于低电平，left端处于高电平，

把D1端置低、D2端置高时，Q1、Qmh2关闭，Qmh1、Q2导通，此时right端处于高电平，left端处于低电平。

与其他的H桥电路相比，此H桥电路无论控制端处于哪种状态，此电路均不会出现短路故障。

以电机为主体，分别构成了遮阳帘、通风窗、风扇等温室环境调节装置。当温室内的光照值超过由上位机设置的上限值时，由单片机做出判断，发出关闭遮阳帘命令，关闭遮阳帘，实现对温室中光照值的调节。

当温室中的温度值超出设定的上限值时，由单片机做出判断，发出开启风扇的命令，启动风扇，实现对温室中温度值的调节。

如果湿度值C02浓度超标，由单片机做出判断，发出开启通风窗命令，开启通风窗，实现对温室中湿度值和C02浓度值的调节。

　3.2.11温度、光照补偿模块

为了能够使环境中温度值和光照强度值稳定在设置的范围内，本系统设计了温度、光照补偿模块。该模块以电热器和补光灯为主体，可以有效地为温室升温和补光。电热器和补光灯的实物图如图3-11和3-12所示。

当由温度检测模块检测到的温度值小于上位机设置的最小值时，由单片机做出判断，发出开启电热器的命令，启动电热器，使温室中的温度值尽快恢复到正常值。当环境中光照值过小时，由单片机做出判断，发出开启补光灯的命令，打开补光灯，为温室补光，使光照强度值尽快恢复到正常值。

　3.2.12 智能门禁模块

为了提高温室的安全性，对进出温室人员进行科学化管理，本系统设置了智能门禁模块，该模块采用了FIRD技术，每一位工作人员都有自己的FIFD卡，FIRD卡的应用解决了传统的密码门禁系统难记忆、操作繁琐的缺点，员工只需要刷卡即可进入温室，操作简单。而且该模块成本低，不像生物识别系统需要很高的成本费，且该系统具有较好的安全性。

本模块采用MFRC522读卡芯片，该芯片尺寸小，使用方便。MFRC522支持多种模式与单片机通讯，该模块中MFRC522工作在UART总线模式下。MFRC522引脚图如图3-13所示。

图3-13MFRC522引脚图

MFRC522通过UART总线模式与单片机进行数据传输，单片机通过对MFRC522内部寄存器读写的方式来控制MFRC522芯片。单片机向读卡芯片发送寻卡命令，MFRC522接到指令后，依照ISO14443A协议工作。ISO14443A协议流程图如图3-14所示。

图3-14ISO14443A格式流程图

每一个员工都有自己的射频卡，卡片上储存着员工自己的身份信息，根据每个员工射频卡的序列号，在上位机数据库建立个人信息，并可以更改数据库中的个人信息，通过写卡操作更改员工射频卡的信息。

员工进门刷卡时，读卡器按照ISO14443A协议格式，将读得的射频卡数据发送到单片机，单片机将该信息与上位机发送来的数据进行比对，若完全一样，则启动开门，否则开门失败。若多次刷卡失败，会由单片机启动警报系统，提醒安保人员非工作人员试图进入温室，从而在最大程度上确保温室的安全性。

　4 软件设计

　　4.1整体程序设计

程序开始运行，将串口初始化，串口完成初始化之后，检测串口是否接收到上位机发送的控制参数，从而确定系统的控制参数。然后通过数传模块，将各变量的数据上传到上位机。并由单片机做出判断，若存在变量超标，则发出命令，启动相应的设备进行调节，否则继续判断。整体程序设计如图4-1所示。

图4-1整体程序设计图

　4.2分散模块程序设计

　　4.2.1串口程序设计

打开串口，首先将串口初始化，开启串口中断，然后把数据存储区内的数据写入发送缓冲寄存器，发送数据，然后判断数据是否发送完成，若发送失败，则再次将数据存储区内的数据写入发送缓冲寄存器，再次发送数据；若发送完成，则结束此次发送。串口程序如图4-2所示。

图4-2串口程序设计图

　4.2.2 环境控制模块程序设计

首先，进行串口初始化，初始化完成后，对串口进行检测，判断串口是否接收到由上位机发送的控制参数，若接收到上位机发送的数据，则单片机以最新接收到的控制参数为标准，对采集到的温室中的各个变量值进行判断，若没有接收到数据，则以之前保存的控制参数为标准，进行判断，若温室中存在变量超标，则根据超标的变量，由单片机发出相应的控制命令，启动相应的设备对温室环境进行调节，否则单片机继续进行判断。环境控制模块程序设计如图4-3所示。

图4-3环境控制模块程序设计图

　　4.2.3ADC程序设计

首先，初始化ADC，然后配置好I2C总线，然后由单片机读取相应ADC通道的数据，若成功读取数据，则多次读取得平均值，否则继续读取相应ADC通道的数据，之后将得到的平均值按效应公式进行转换，最后将数据保存到单片机中。ADC程序设计如图4-4所示。

图4-4ADC程序设计图

　4.2.4I2C总线程序设计

首先，将总线进行初始化，配置好与总线相关的引脚，然后配置I2C总线的通信协议，配置完成后，测试I2C总线是否可以正常通讯，若总线通讯正常，则根据需要分配好挂接到I2C总线上的器件的地址，单片机与I2C总线上的器件进行半双工同步串行通讯，由单片机发出读写命令，器件服从单片机的命令，进行数据的接收或发送。I2C总线程序设计图如图4-5所示。

图4-5I2C总线程序设计图

AT24C02模块和ADC转化模块与单片机进行通讯是通过该程序完成的，总线上挂接的器件都有各自的地址，便于主机进行查询，单片机与器件进行通讯前，首先进行器件地址的匹配，然后进行通讯，且每个发送的字节后面都跟着个应答位，从而判断器件是否可以成功地接收数据。

　4.2.51-wire总线程序设计

首先，将总线初始化，配置好与总线相关的引脚，然后配置1-wire总线协议，配置完成后测试总线是否可以正常通讯，若可以通讯，则把所需的器件挂接到总线上，器件与单片机按照单总线协议进行双向通讯。1-wire总线程序设计图如图4-6所示。

图4-61-wire总线程序设计图

DS18B02温度传感器与单片机之间进行通讯是通过该程序完成的，每个挂接到总线上的器件都有自己的序列码，单片机访问总线上的器件时，应首先初始化，然后由单片机发送指令，确认总线上所有器件的编码，然后进行编码匹配，匹配成功后，由单片机发送功能指令，使器件完成相应的功能

5系统调试

　　5.1硬件调试

　　5.1.1TTL转232模块调试

在硬件调试的过程中发现，主控板的信号通过该模块后无法实现与上位机的通信，我跳过该模块，继续对其他模块进行调试，在确保其他部分都没有问题时，我怀疑是SP3232芯片已被烧毁，在更换了新的芯片后，主控板的信号通过该模块后可以与上位机进行通信，由此我可以确定是芯片出了问题。

我解决了主控板与上位机之间的通讯的问题后，我发现，通过SP3232芯片发送的数据有时会出现乱码，因此，我对程序进行了重新测试，在确保程序不存在问题后，我可以确定是硬件出现了问题，经过多次检查后，发现SP3232芯片在焊接环节出现了虚焊的问题，我将SP3232芯片重新焊接了一遍，发送的数据就不存在问题了。

　5.1.2电源模块调试

在电源模块的调试过程中，发现了巨大的问题，通电后，经降压模块的电压被迅速降低，电源电流迅速上升。出现该问题后迅速关断电源，避免因电流过大而烧坏其他器件，出现该问题存在两种可能，不是电源的正负极接反了，便是存在其他器件的正负极短接了。因为我采用的稳压电源供电，若是电源的正负极接反了，稳压电源会即刻断电，但没有出现这种情况，因此排除了第一种可能。我认真检查电路后发现，别的模块存在正负极短接的情况，在我将其重新焊接后，故障得到解决。

在调试12V降3.3V电路时，我发现了和之前一样的毛病，原因是降压模块的正负极接反了。在经过重新焊接之后，电源模块可以正常工作。

5V降压电路输入、输出电压的数值如表5-1所示。

表5-1 12V降5V测试表

5V降压电路得到的输入信号和输出信号如图5-1所示。

图5-112V降5V示意图

3.3V降压电路得到的输入信号和输出信号如图5-2所示。

图5-212V降3.3V示意图

3.3V降压电路输入、输出电压的数值如表5-2所示。

表5-2 12V降3.3V测试表

　5.2软件调试

　　5.2.1串口程序调试

在串口程序2的调试过程中，出现了一点问题，串口2的程序是参照串口1的程序编写的，但是串口2的程序却存在问题，我认真检查了串口2的程序，但是始终没有发现问题，之后我查看了STC15的参考手册，我发现我把串口2的发送/接收缓冲寄存器错误的写成了BUSF2，而手册上串口2的发送/接收缓存寄存器是B2USF，在我修改了程序之后，串口2可以正常通讯。串口2与串口助手通信成功如图5-3所示

图5-3串口2与串口助手成功通讯示意图

5.2.2I2C程序调试

在I2C程序的调试阶段，我发现单片机无法与总线上的器件进行正常通信，在确保总线硬件接线不存在问题之后，我查看了I2C总线通信时序的资料，我发现当SCL拉高时，SDA由高变低，代表起始信号，且SDA为高电平时须保持至少4.7us的时间，为低电平时，需保持至少4us的时间。我认真检查了程序，发现起始信号部分SDA在高电平时，只保持了4us的时间，我严格按照I2C通讯时序，把发送字节、接收字节、应答函数等函数做了修改。I2C起始、终止信号模拟时序图如图5-4所示。

图5-4I2C起始、终止信号模拟时序图

在程序修改之后，单片机与总线上的器件进行双向通讯，但是数据的准确性存在问题，我对程序进行多次调试，最终确定写字节函数存在问题，写字节函数没有实现从最高位开始传输的要求，在修改了写字节程序之后，单片机可以与总线上挂接的器件进行正常通信。

　6总结与展望

从确定设计方向到该项目的创立，从开始设计硬件电路到第一次PCB制板，从一次次的修改到成功完成所有的硬件电路，从头至尾经过了两个多月的时间，这段时间虽然不是很长，但是却是我四年大学生活的一段重要经历，在这两个多月的时间里，我收获颇多，不仅让我巩固了以前学过的知识，还使我学到了很多新的知识，在电路板的绘制的过程中积累了很多经验。而且，这次使用的单片机是我之前未用过的型号，在不断的学习和解决困难的过程中学会了该单片机的用法，为我今后的学习打下了基础。

本设计以STC15W4K56S4为主控芯片，可以对温室环境中主要变量进行自动采集，将数据上传到上位机，进行实时监控，并根据设定的控制参数，单片机对数据进行判断，变量超标自动启动调节装置，而且通过智能门禁模块对进出人员进行科学化管理。

本设计积极响应国家的号召，专注于解决我国温室环境检测和调控方面存在的诸多难题，相比于传统的温室环境调控系统主要具有以下几点优势。

⑴采集温室环境中主要变量的数据时，无需人工进入温室读取，直接通过上位机界面，即可实现对温室环境的实时监控。

⑵当温室中存在变量超标时，无需人工启动调节装置，单片机可根据设定的参数进行判断，自动启动相关的调节装置，实现对温室环境的实时调节，大大的提高了效率。

⑶本系统设置了智能门禁模块，实现了对进出温室的工作人员进行科学化管理，同时保障了温室的安全性，使该系统最大程度的科学化。

⑷相比于传统的温室环境调控系统，该系统成本较低、智能化程度高、而且可以再次开发，实用性强。

以该系统而言，上述功能的实现只是一个开端，在此系统构建的框架之下，未来的研究方向主要有以下几个方面。

⑴开发出许多类型的APP，实现可以利用手机进行远程监控。

⑵添加物联网功能，把所有的数据保存到云数据库中。

⑶不断升级，降低系统的成本，使该系统得到大范围的推广和普及。

⑷不断开发，使该系统可以兼容自动采摘装置，实现对作物的自动采摘，使该系统更加的实用。

⑸向更加智能化的方向发展，将环境检测与调控、自动采摘、播种、运输融合到一个系统。

在我国科技发展的推动下，本设计会变得智能化程度更高、功能更加强大，在将来，本设计必定会开启现代温室发展的新篇章。

由于时间比较紧张，而且本人的能力有限，在本设计中还有一些不足的地方，有待完善，希望大家能够给与建议。

温室环境智能化检测与控制系统设计

价格 ¥9.90 发布时间 2023年5月5日

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