毕业论文（设计）开题报告

题目
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一、选题背景及依据（简述国内外研究状况和相关领域中已有的研究成果（文献综述），选题目的、意义，列出主要参考文献） 1、研究背景 随着农业科技的不断发展和人工智能的普及应用，智能农业正在逐渐成为现代农业的新趋势。葡萄作为重要的经济作物之一，在生产过程中也面临着各种管理和监控的挑战。传统的葡萄种植方式普遍依赖于人工的判断和经验，存在种植技术不稳定、效率低下、成本高等问题。 为了解决上述问题，设计一个高性价比的智能葡萄控制系统具有重要的意义。该系统可以通过传感器监测葡萄种植环境的温度、湿度、光照等关键指标，并通过单片机进行数据处理和分析，进而实现对葡萄生长环境的精确控制和优化管理。同时，系统还可以通过物联网技术与移动设备进行连接，实现远程监控和智能化的管理操作。 设计课题的目标是利用单片机控制智能葡萄管理系统，提高葡萄种植的生产效率和质量，减少人力成本和资源浪费，并为农民提供一种科学、智能的种植管理手段。 设计课题的关键技术包括传感器的选择和布置、单片机控制系统的设计和实现、数据处理和分析算法的开发、物联网技术的应用等。通过综合运用这些技术，设计一个高效可靠的智能葡萄管理系统，将为葡萄种植业的发展带来重要的推动作用。 通过本设计，对学校所学的理论知识进行加深与巩固，能够综合运用所学理论知识，拓宽知识面，并且能够熟练进行硬件设计和操作编程软件，提高测试数据记录、数据分析处理和故障分析及处理的能力，培养一定的科研能力和实践操作能力。 2、国内外现状 (1)国外现状： 在国外，国外温室大棚控制技术概况西方一些发达国家尤其是欧美发展温室种植技术较早，且发展速度较快。20 世纪中后期，美国、以色列、加拿大等发达国家较早开始研究采 用仪表采集温室中的现场信息并根据指标进行控制，基本实现了农业生产的机械化以及自动

化。但是温室控制中只是利用到单因子控制技术，即只是对温湿度、光线强度、CO2 等环境条件分别进行控制。温室环境领域的控制技术伴随着计算机技术的应用也在不断的发展变 化。目前大部分温室控制系统都是采用一台主机电脑和多个具有单独控制功能的终端处理设备构成，通过一台计算机做控制中心对其他子系统进行控制管理。这种模式控制的灵活性好， 可靠性低，如果主控计算机一旦出现故障，整个的控制系统便无法正常工作。因此分布式计算机控制系统将成为温室控制系统的发展方向，该系统采用服务器—客户模式，即整个系统的控制功能不是由控制中心的计算机完成的，而是由系统中的每一个子处理器（PLC、单片机）进行处理所采集的数据并进行控制，每个子处理器不受控制中心的影响而独立工作。分布式控制系统由于具有可靠性高、扩展功能强以及适应性好等优点，而将会成为温室控制系统发展的方向。

(2)国内现状：

在国内，温室大棚行业经历多年发展，目前中国温室大棚面积世界第一，但是中国的温室大棚产业却没有达到世界先进水平。经过多年的发展，较符合中国国情的节能型日光温室在农业生产中应用居多，而高度自动化的现代温室发展却相对滞后，存在设施简陋、机械化程度低、生产销量低、作业强度大、产品质量差、产量低、病虫害严重等问题。此外，我国温室农业生产现状还是以小型个体种植户为主，单个温室的面积较小且标准化程度低。目前国内对于大棚种植技术的应用已经非常广泛了，但是对于智能的自动化的温室大棚的使用还比较少，网上有一些智能大棚控制模块出现，但是对于比较集中的系统还很少有相关市场。

3、研究的目的及意义

在葡萄对于生长环境要求较高，生长时所需最低气温约 12℃-15℃，最低地温约为10℃-13℃，花期最适温度为 20℃左右，果实膨大期最适温度为 20℃-30℃需要较大的昼夜温差才能储存更多的糖分，在葡萄生长的各个时期所需要的环境温度和湿度需要有严格的把控，稍微一个步骤的失误都会导致葡萄种植的失败。所以在人们发现传统的露天种植满足不了葡萄的生长需求时，就引进了葡萄大棚种植的技术，通过将葡萄种植在大棚当中，可以明显有效的将葡萄的湿度和温度控制起来，葡萄种植的效率已经得到了大幅的提高，但是在种植和管理葡萄时很多时候都是依靠果农的经验来控制葡萄的温度和湿度，一些比较有经验的果农能依靠经验判断，但是对于没什么经验的果农来说对于大棚内部温度湿度的把控还是不怎么理想，而且果农体感的温度湿度会有较大的误差，这时就需要一些生产工具来帮助葡萄果农准确的检测大棚内的温湿度。同时再将大棚管理内各部分集中起来，形成一个高度集成的系统实时检测大棚环境，同时能够自主调节，能够帮助果农解决检测不到位，控制力有限的问题。

总的来说，随着社会的发展科技的进步，实现自动化的葡萄培养技术是有很大的发展空间的。

4、参考文献

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二、主要研究（设计）内容、研究（设计）思想及工作方法或工作流程

1、主要研究内容

本设计的目标是设计一个通过传感器采集葡萄大棚内的温度、湿度、光照强度，将采集

到的数据由单片机处理后，配合相应的控制电路来控制葡萄大棚里面的外挂设备，通过 PID 算法，来实现对整个葡萄大棚内温湿度的智能控制，同时可以将传感器数据显示在屏幕上或发送到果农手机 app 的大棚管理系统。系统原理框图如图 1 所示：

图 1 系统框图

本设计由单片机通过 ADC 采集功能采集各个传感器的信号输入，通过软件计算将数据转化为实际温度，判断系统是否达到了用户的设定值，如不满足设定值则通过单片机内部软件      PID            算法，控制大棚内的外挂设备来达到控制整个系统温度湿度的目的。 2、系统方案比较与选择

在本次设计中，根据实际的系统设计需要，选择了以下这些器件：

（1）主控芯片：

方案一：选择 STC89C51 芯片作为主控 MCU，STC89C51 系列单片机具有广泛的应用场景，可以在许多领域中发挥重要作用。虽然现在市场上已经有了更为先进的单片机，但是

STC89C51 依然有着其自身的优势，如易于上手、开发成本低等。对于初学者和一些简单的应用场景，STC89C51 系列单片机依然是一种很好的选择。此方案选用 51 系列单片机 ，有效的控制了设计成本，但是忽略了控制系统对单片机的性能要求，当需要较高精度的数据采集是 51 系列单片机往往达不到预期效果，而且设计系统中需要控制整个系统的算法，通信

和显示处理，此时 51 系列的单片机中不容易满足需求。

方案二：选择 ST32H750VBT6 芯片作为主控 MCU，TM32H750VBT6 是 H7 产品线中性价比最高的产品。 它具有 H7 系列的所有功能，例如 Cortex-M7 内核，400Mhz 主频率，1MB 分配 SRAM，16K 指令和数据缓存。 128KB 零等待 Flash 等，而且价格合适，非常适合高性能嵌入式应用程序开发。此方案选用的 ST32H7 系列单片机在新能各方面完全的满足了本设计的要求，但是使用此系列的单片机对于设计的要求有一些大材小用了，有很多单片机的资源会遭到浪费，而且此系列的单片机需要的开发难度较高，对于设计者的技术要求较高， 可利用资源较少

方案三：选择 STM32F103RCT6 芯片作为主控MCU，STM32F103RCT6 是一款基于 ARM Cortex-M3 内核的 32 位微控制器，由意法半导体公司生产。它是 STM32F1 系列的一员，具有高性能、低功耗、易于使用和高度集成的特点，适用于广泛的应用领域，如工业控制、家用电器、汽车电子、医疗设备等。该微控制器具有 128KB 的闪存、20KB 的 SRAM 和 2KB 的 EEPROM 而且有 UART、SPI、I2C、USB、CAN 等。此外，它还配备了 12 位 ADC、12 位 DAC、PWM 输出、定时器、中断控制器等功能，可满足不同应用的需求。选择

STM32F106RCT6 芯片作为主控MCU，在设计方面此单片机具有 12 位高精度ADC,具有 SPI,多个 UART,PWM，USB 等设计需要的各个外设,的达到了控制系统的设计要求，同时成本控制在了比较合理的范围，便于此设计的进行。

综合以上三种方案比较，选择方案三更好完成设计要求，因此选择方案三。

（2）温度传感器：

方案一：ds18b20 温度传感器，开发难度较低，传感器的价格便宜，但是精准度较低， 传感器的信号传输距离只有 50m 左右，不满足本设计的应用场景。

方案二： PT1000 温度测量探头，此传感器采用了白银电极和铂电极，具有极高的精度和稳定性。满足了精度要求和距离传输要求，但是此传感器的价格较高，不利于整个系统设计的实行。

方案三：PT100 温度测量探头，，与 PT1000 传感器有着相同的原理精度可以达到百分位，满足于本设计的要求，传输距离方面因为使用的是电流传输信号，150 米以内的信号传输是满足要求的。

综合以上三种方案比较，选择方案三更好完成设计要求，因此选择方案三。

（3）湿度传感器：

方案一： DHT11 传感器内部湿度和温度数据 40Bit 的数据一次性传给单片机，数据采用校验和方式进行校验，有效的保证数据传输的准确性。DHT11 功耗很低，5V 电源电压下， 工作平均最大电流 0.5mA。可以在较广泛的温度和湿度范围内测量，但是其精度（±2℃和

±5%RH）较低。

方案二： DHT22 湿度传感器用来检测环境湿度 DHT22 可以提供更高的精度（±0.5℃ 和±2%RH）在需要更精确测量的应用中方案一可能会出现误差，而且此传感器传输速率更快更能保证系统的稳定性是实时性。

综合以上两种方案比较，选择方案二更好完成设计要求，因此选择方案二。

（4）光照强度传感器：

方案一： 光敏电阻可以采集当前环境下的光照强度，此方案设计的电路较为简单，但是由于光敏电阻的感光性较差，不能精确采集到对应的光照强度。

方案二： BH1750 传感器的内部由光敏二极管、运算放大器、ADC 采集、晶振等组成。

PD 二极管通过光生伏特效应将输入光信号转换成电信号，经运算放大电路放大后，由 ADC 采集电压，然后通过逻辑电路转换成 16 位二进制数存储在内部的寄存器中（光照越强，光电流越大，电压就越大）。

综合以上两种方案比较，选择方案二更好完成设计要求 ，因此选择方案二。

（5）显示屏幕：

方案一：采用 LCD1602：LCD1602 屏幕能够较好的显示本次设计所需要暂时的数据， 但是由于其所需要的引脚过多，难以对其进行控制，不符合本次设计要求。

方案二：采用 TFTLCD 电阻触摸屏模块：TFTLCD 电阻触摸屏模块具有屏幕大、显示精准的特点，可以显示更多的数据，但是其所需要的 I/O 口较多，且屏幕过大，不适合本次设计。

方案三：采用 0.96 寸 oled 屏幕：oled 的 4 线控制，仅需要 I2C 即可对其进行控制显示， 并且本次设计所需要显示的数据并不多，0.96 寸的 oled 屏幕能够较好的完成本次设计的显示要求。综合以上三种方案比较，选择方案三更好完成设计要求，因此选择方案三。

（6）通信模块：

方案一：采用 ESP8266WiFi 模块，ESP8266 是一个完整且自成体系的 WiFi 网络解决方案，能够独立运行。ESP8266 在搭载应用并作为设备中唯一的应用处理器时，能够直接从外接闪存中启动。内置的高速缓冲存储器有利于提高系统性能，并减少内存需求。但是在本系统中应用场景为葡萄大棚内，很难利用 WiFi 和外界进行通行。

方案二：FS800E4G 通信模块，采用 EZDTU 固件,告别繁杂的 AT 指令操作，只需进行一次简单的配置，即可实现串口与远程服务器的双向数据透传，支持上位机软件配置、串口指令配置、平台远程配置;支持 TCP、UDP、MQTT、HTTP 等物联网常用的通信协议;内部有异常处理机制，可自行进行掉线重连，大大提高了用户的开发效率和产品的稳定性。

综合以上两种方案比较，选择方案二更好完成设计要求 ，因此选择方案二。综合上述方案比较选择，可得选用器件。最终设计方案系统框图如图 2 所示：

图 2 最终设计方案 

3、工作流程：

工作流程图如图 3 所示：

图 3 工作流程