一、项目概述
1.1 导言
温室是一种可以改动植物成长环境、为植物成长发明最佳条件、防止外界四季改动和恶劣气候对其影响的场所。它以采光掩盖资料作为悉数或部分结构资料，可在冬天或其他不合适露地植物成长的时节培养植物。温室出产以到达调理产期，促进成长发育，防治病虫害及进步质量、产值等为意图。而温室设备的关键技能是环境操控，该技能的终究目标是进步操控与作业精度。跟着农业现代化的开展，设备农业工程因其触及学科广、科技含量高、与人民生活关系密切，己越来越遭到世界各国的注重。这也为我国大型现代化温室的开展供应了极好的机会，并发生巨大的推进效果。本项目以ATmega16a4芯片为操控芯片，规划了一套适用于当时西瓜温室出产的温度和湿度主动操控体系。
1.2 项目布景
我国作为一个农业大国，“三农”问题关系到国民素质、经济开展，关系到社会安稳、国家富足、民族复兴。“十二五”开展规划中现代农业是的重中之重，我国农业出产靠天吃饭的局势仍未底子改动。农业基础设备条件还比较差，抗御天然灾害才能较弱。
温室是现代西瓜出产中必不可少的设备之一，温度和湿度是影响西瓜成长发育很重要的两个因子。西瓜为耐热性作物，在整个成长发育过程中需求有较高的温度。但不同成长时期所需求的温度和湿度是不同的。咱们通过收集资料了解了西瓜的各个时期成长所需的温度和湿度后，将其列成表格储存到单片机里，让单片机在各个时段操控其所需的温度和湿度。为西瓜供应一个最合适其成长的关闭的、杰出的环境，以提前老练，终究将会给咱们带来巨大的经济效益。跟着现代科技的开展，许多操控芯片已用于操控温室环境。操控体系由中心操控设备、终端操控设备、传感器等组成。温室环境主动化操控体系在大型现代化温室的运用，是设备培养高新技能的表现。现在许多农村地区都运用温室栽培西瓜但仍是处于初级保温阶段，并不能完结温度、湿度的主动操控，这种栽培办法不合适农业规模化出产，因而西瓜出产温室主动化体系呼之欲出。
二、需求剖析
2.1 功用要求
温室温湿度的检测及操控通过AVR单片机来完结。每年跟着时节的改动西瓜成长所需的温度和湿度也不同，咱们先编制出温室西瓜各生育阶段最适温度湿度条件的管理程序表，存储于AVR单片机的回忆设备中，AVR单片机依据程序表承认、批改各栋温室内的参数，并给终端操控体系指令。各传感器向AVR单片机运送检测信息，依据AVR单片机的指令输出操控信号，使电器机械设备履行动作，完结温室温湿度调理。
（1）温度需求
通过了解，西瓜的成长所需求的最低温度为10℃，最高温度为40℃。最合适温度为25——30℃。西瓜不同成长期对温度要求不同，发芽期最是温度28——30℃，幼苗期最适温度22——25℃，抽蔓期最适温度为25——28℃，成果期的最适温度为30——35℃。
当温度过低时，会下降叶片的光合速率，推迟作物的成长发育，下降果蔬质量。而温度过高则会构成叶片和花的成长速度以及果实老练的速度加速，使整个作物的成长遭到按捺。植物的呼吸效果、光合效果和成长发育，显着受昼夜温度改动的影响。别的西瓜在不同的成长发育阶段对温度的要求都不同。温室内冬天温度一般较低，而夏日又偏高，常常不能满意作物成长的要求，需求对温度进行操控，使其保持在一段合适的规模内。温度操控一般包含冬天的采温暖夏日的降温。调理规模一般为15-30℃，精度为0.1℃。
（2）湿度操控
湿度也是西瓜温室环境操控中适当重要的一个目标。西瓜需水量较多，但它却要求空气枯燥，空气相对湿度为50%——60%时最为合适。在幼苗期和伸蔓期合适的湿度有利于根系和茎叶的成长发育，较低的空气湿度有利于果实老练，并可进步其含糖量。温室空气的绝对湿度与相对湿度一般均大于露地。空气湿度大，会削减西瓜蒸腾量，作物不易缺水，有利于西瓜的成长发育，但空气湿度过大，则会使西瓜的茎叶成长过旺，构成疯长，影响西瓜的开花成果。此外，湿度过高还易构成病虫害的发生，并或许发生某些生理妨碍，而过低的湿度将使西瓜遭到水分钳制而使成长受阻。
温室内空气湿度受气候、通风换气、采暖及作物蒸腾效果的影响。阴天温室内空气相对湿度一般在90%以上。晴天，夜间温室处于密闭状况，湿度较高，乃至会发生结雾现象;而到了白日，因为温度升高，结雾流失，空气相对湿度下降。常常发生这样的现象，会给西瓜带来损害，因而需求对湿度进行调理和操控。 湿度操控一般包含低温、阴雨时节的除湿和高温晴朗气候的加湿。温室的湿度调理规模一般在60-80 % RH，精度为士5%.湿度的调控影响温度，要求与温度的调理按必定的程序进行。
2.2 功用要求
1、依据AVR单片机西瓜温室出产温湿度主动操控体系
在西瓜温室出产温湿度主动操控体系规划中，软件、硬件严密相关。多用硬件可减轻CPU担负，进步作业速度。多用软件可下降成本，但软件人员的作业量增大。关于此体系，有些部分必须由硬件完结，有些部分必须由软件完结，关于软、硬件都可完结的穿插部分，应依据详细出产状况挑选最佳计划，以到达最佳功用价格比。
（1）硬件规划
①经济合理
体系硬件规划中，必定要注意在满意西瓜出产环境所需的功用目标的前提下，尽或许地下降价格，以便得到高的功用价格比，这是硬件规划中优先考虑的一个首要因素，也是此体系争夺商场和快速推行的首要因素之一。
②安全牢靠
规划体系和选购设备时要考虑环境的温度、湿度、压力、振荡、粉尘等要求，以确保在西瓜出产环境下，体系功用安稳、作业牢靠。要有超量程和过载保护，确保输入、输出通道正常作业。要注意对沟通市电以及电火花等的隔绝。要确保连接件的触摸牢靠。
③有满意的抗搅扰才能
有完善的抗搅扰办法，是确保体系精度、作业正常和不发生过错的必要条件。例如强电与弱电之间的隔绝办法，对电磁搅扰的屏蔽，高输入阻抗下的防止漏电等。
（2）软件规划
①结构合理
程序应该选用结构模块化规划。这不仅有利于程序的进一步扩大，并且也有利于程序的修正和保护。别的项目团队中的每个人可以担任一部分，可以进步功率。
②操作功用好，运用便利
尽量削减操作过程，体系运用目标大多数是农人，所以体系越简略才越可以遍及。
③具有必定的保护办法
体系应规划必定的检测程序，例如状况检测和确诊程序，以便体系发生毛病时，便于查找毛病部位。关于重要的参数要守时存储，以防止因掉电而丢掉数据。
④进步程序的履行速度
⑤给出必要的程序阐明
⑥给出体系的运用阐明
三、计划规划
3.1 体系功用完结原理
体系硬件结构框图
体系功用完结原理阐明：
温室的环境调控终究要通过一系列的履行组织来完结。体系温室的履行组织体系由天然通风体系，遮阴与保温体系，降温体系，加热体系和增湿体系组成。体系中这些履行组织均选用继电器或电磁阀操控电机正转、回转与中止、报警器的开停，均为开关量输入。
华东地区夏日酷热，室外温度在35℃以上，温室里会超越40℃乃至到达50℃。这时，仅靠天然通风降温是远远不够的。温室降温办法除天窗和侧窗天然通风外首要有:外遮阴，轴流风机强制通风，房顶喷淋降温、弥雾降温等。体系把这些降温办法进行归纳，依据温差巨细来发动不同的降温设备。
冬天加温的办法首要有:内遮阴保温，热风加温，热水加温，电加温等。热水加温运转安稳牢靠，也是华东地区大型温室遍及选用的加温办法。所以体系选用内遮阴和热水管道一起保温。
华东地区冬天不是特别枯燥，加湿操控一般通过喷雾和操控灌水量等办法来完结。而在酷热高湿的夏日，特别是选用降温效果显着的湿帘风机降温会进步75-80%的空气相对湿度，给温室除湿带来了很大难度。除了敞开天窗、侧窗天然通风外，需求合作运用环流风机和轴流风机来加强除湿效果，有时乃至要敞开除湿机。
（1）天然通风体系
天然通风体系包含热压通风和风压通风，它的基本要求是可以供应满意的通风量，有用调控室内温度、湿度，到达满意室内西瓜正常成长要求的条件。天然通风体系首要用于通风换气和夏日的降温，又可起到扫除湿气的效果。 天然通风体系由侧窗及相应的开窗组织组成。天然通风体系的设置，要求有满意的通风才能的一起，室内气流应合理散布，通风体系还能便利调理。为确保杰出的热压通风效果，应使通风的进、排风口的高差尽或许大。一般在侧墙下部设置进风窗口。在塑料薄膜温室中，为了削减屋面掩盖薄膜的接缝和便利开窗组织安置，也将在温室两端设窗口。侧窗选用电力驱动的齿轮齿条开窗，既确保敞开视点到达所需风量，又能确保关闭后的密封效果和室内温度。
（2）遮阴与保温体系
遮阴体系是运用具有必定透光率的资料将一部分剩余的光照进行遮挡，既确保温室作物正常成长所需的光照，又防止剩余的太阳辐射能在温室集合，构成室内温度过高。外遮阴直接将剩余的太阳辐射隔绝在室外，用于温室的降温文光照调理。内遮阴在温室内部隔绝剩余的太阳辐射，降温效果不如外遮阴，但当它与湿帘风机降温体系合作运用时，能大大进步降温效能，使室内气流愈加晓畅。别的，内遮阴可以隔绝温室内的空气对流，有用的反射夜间温室内的红外线辐射，使热空气留在作物成长的空间，防止热量通过辐射方法流失，具有保温节能的效果。遮阴与保温体系由外遮阴，内遮阴及其传动组织与动力组织组成。表里遮阴均选用齿轮齿条传动组织进行驱动，运转安全牢靠。
（3）降温体系
华东地区酷热的夏日室外气温往往挨近37℃，而温室内的温度更是会超越45℃。这时单靠天然通风体系是远远不能满意温室内的温度操控要求的，所以需求发动降温体系，确保温度操控在合适作物成长的规模内。温室内的循环通风能使空气构成有序的活动，确保室内气候的均匀和安稳。机械通风是依托风机发生的风压强制空气活动，效果才能强，通风效果安稳。而通过逼迫空气运动和增大空气与水触摸面积的蒸腾降温可以进步湿热交流率，是现代温室夏日出产环境调控中运用最为广泛和有用的降温技能之一。
降温体系由环流风机，机械通风风机组喷雾降温体系组成。温室循环通风选用简练型的环流风机，悬挂在温室骨架上，便利操作并防止直接吹向作物外表。机械通风选用负压排风办法的轴流式风机，安装在温室下风向的山墙上。喷雾降温设备选用高压细雾体系，通过一台高压主机发生较大的压力，将通过过滤的清水送入管路，再由遍地的喷头雾化喷出，超细雾颗粒在落下之前被蒸腾，起到降温的效果。喷雾降温需合作风机运用。
（4）加热体系
加热体系有进步室内温度、促进室内空气活动和下降空气湿度的效果。华东地区的连栋温室，尤其是西瓜出产温室和育苗温室，冬天出产也需求进行加温或暂时加温。用热水采暖体系调理温度可到达较高的安稳性和均匀性，尽管一次性出资较多，循环动力较大，但关于大型的温室群而言，热丢失小，运转比较经济。加热体系由锅炉，热水运送管道，循环水泵和各种阀门组成。阀门的开关用单片机直接操控。
（5）增湿体系
温室是个相对关闭的出产设备，天然降雨不能被直接运用，温室内的作物需求的水分彻底依托人工灌溉来确保。微灌是特点是灌水流量小，一次灌水连续时间长，周期短，可以较精确地操控灌水量，把水和营养直接运送到作物根部邻近的土壤中或叶面，满意作物成长发育的需求。微灌可以分为以断续滴出办法出流的滴灌，以喷洒办法出流的微喷灌和以微孔隙缓慢渗出出流的渗灌等。
微灌体系由水源，首部纽带，输配水管网和灌水器以及流量、压力操控部件和量测外表组成。滴灌滴头选用内镶式滴灌管，喷灌喷头选用旋转式，省水且能耗低，微喷雾化好，能有用进步温室湿度。灌溉用电磁阀操控，完结主动化合理供应。
注：本项目终究会做出一个温室模型，以上所描绘的各种设备将用功用相似的模型替代。
3.2 硬件渠道选用及资源配置
ATmega16a4，电机，继电器，电磁阀，传感器（温度、湿度、光照、压力、风力等）
3.3体系软件架构
3.4 体系软件流程
程序运转流程图
本项目运用温度传感检测当时瓜田温度，用三位数码管显现当时温度值，单片机可通过键盘设置合适西瓜出产的温度上限而和温度下限，并保存到存储器中。
上电后，单片机进行初始化。然后进入计时程序，收集外部温度，与各个时间段设置的温度进行比较，不合格就进入温度处理子程序并进行语音报警，让履行温度的体系持续运转，体系进入湿度丈量，判别是否与当时体系内设定好的温度契合，不契合就转入湿度子程序并进行语音报警。让湿度调理器件持续调理湿度，体系持续去外部温度和湿度进行判别，并给予相应履行动作。
3.5 体系估计完结成果
制作出体系模型，可以仿真运转，当外界环境改动时到达主动调理温室的温度和湿度。
