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、避免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，可在冬季或其他不合适露地植物成长的时节栽培植物。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。而温室设备的要害技能是环境操控，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给了极好的机会，并发生巨大的推进效果。本项目以AVR芯片为操控芯片，规划了一套适用于当时西瓜出产的光照和二氧化碳浓度操控体系。
1.2 项目布景/选题动机
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。农业根底设备条件还比较差，抗御天然灾祸才干较弱。近年来，我国每年因气候灾祸丢掉粮食1000亿斤左右。天然灾祸呈加剧态势，粮食出产危险越来越大。然后使如安在进步农产品产值的一起削减气候灾祸对农业出产的影响变得尤为重要。
温室是现代西瓜出产中必不可少的设备之一，光照和二氧化碳浓度是影响西瓜成长发育两个重要的因子。二氧化碳是植物进行光合效果的重要质料，要保持西瓜的光合效果，应使二氧化碳的浓度保持在250%——300%ppm。光照作物有两个重要的坐标点—光补偿点和光饱满点。光合产物的构成不只与光照的强度，而且与光照的时刻，即由必定光强累积的光照量有关。光照散布愈均匀，其暗影面积率及作物集体漏光丢掉愈小，则温室作物的光能利用率就愈高。所以操控好光照和二氧化碳的量关于温室栽培西瓜又极其重要的含义。本项目经过运用ATmega16芯片，结合光照传感器、二氧化碳传感器来完结对温室光照和二氧化碳量的主动化操控。
二、需求剖析
2.1 功用要求
该体系先丈量光照强度，依据在相应的光照条件下二氧化碳的丈量值与相应成长期的各环境因子的最高、最低值比较，操控相关设备的翻开和关闭。当丈量值大于最高值或小于最低值时，除了翻开相应的设备外，体系还发动报警设备，提示作业人员留意。体系具有能丈量显现二氧化碳浓度值，和衔接到履行设备实施主动操控的功用，一起留有检测操控多个环境因子的接口。
温室光照强度随地理位置和时刻改动而改动，不同温室的透光率不同，所以在温室内的光照散布不均匀。太阳辐射是外界对温室环境影响的首要的要素之一，它可直接影响室内的温度、湿度、植物的光合效果、呼吸效果等。依据荷兰学者的研究成果，当光照下降19%时，产值下降21%，当光照下降32%时，产值下降34%，然后得出1%光照等于1%的产值的定论，由此可见光照关于作物成长的重要性。
夏日光照强度过大，超越光饱满点时，就要人为遮光，避免温室气温过高灼伤作物。可选用外遮阴进行遮阳。而在阴雨时节和冬季夜间，光照强度低于光补偿点使作物有用光照时刻缩短时，为促进作物成长，需进行人工补光。常用的温室补光人工光源首要包含白炽灯、卤灯、荧光灯、高压水银灯、金属卤化物灯和高压钠灯等。为调理光质和节省能耗，温室中一般将金属卤化物等和高压钠灯按l:1调配装置运用。
二氧化碳是植物光合效果的首要碳源。文献中一般以为二氧化碳浓度保持在500^-1000(mg/kg)为合适浓度，若高达3000 mg·kg将对人体有害。正常大气情祝下的二氧化碳浓度在340350 mg/kg，光合效果速率随光量添加而添加，但到达光饱满点后就趋于平缓。在此状况下，温度的影响不大，但若有二氧化碳上肥使浓度达1000 mg/kg或以上，则光合效果速率可随之加速。而西瓜对二氧化碳的吸收存在着补偿点和饱满点，长时刻的二氧化碳饱满浓度可对西瓜光合体系形成损坏而下降光合功率。因而及时精确的了解温室内的二氧化碳浓度是确保温室西瓜高质、快速成长的根底条件。
温室的二氧化碳肥料来历首要有碳水化合物燃料、高压瓶装二氧化碳，干冰、发酵、有机物质降解和化学反应生成法，但大多数的设备完结主动操控较为困难。一般温室中选用钢瓶装的液态二氧化碳气源，用继电器的启闭和操控时刻来完结二氧化碳的开释量。当温室内二氧化碳浓度过高时，可以经过天然通风和强制通风来调理。为它们供给一个更合适其成长的关闭的、杰出的生存环境。咱们先编制出温室西瓜各生育阶段最适环境条件的管理程序表，存储于AVR单片机的ROM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。终端操控设备向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，完结温室环境调理。该体系可主动操控光照和二氧化碳浓度。
2.2 功用要求
1、依据AVR单片机西瓜出产光照合二氧化碳主动操控体系
在西瓜出产体系规划中，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。系体系开发进程：
总体规划、硬件、 软件规划、体系仿真、安稳性测验 、写完毕陈述、交著作。
（1）硬件规划
①经济合理
体系硬件规划中，必定要留意在满意西瓜出产环境所需的功用指标的前提下，尽可能地下降价格，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要素，也是此体系争夺商场和快速推行的首要要素之一。
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。要留意对沟通市电以及电火花等的阻隔。要确保衔接件的触摸牢靠。
③有满足的抗搅扰才干
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阻隔办法，对电磁搅扰的屏蔽，高输入阻抗下的避免漏电等。
（2）软件规划的基本原则
①结构合理
程序应该选用结构模块化规划。这不只要利于程序的进一步扩大，而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，运用方便
尽量削减操作进程，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，以避免因掉电而丢掉数据
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。
给出完好的用户文档，使描绘与实践功用共同而且运用户文档简单了解。
三、计划规划
3.1 体系功用完结原理
体系硬件结构框图
体系功用完结原理介绍：
温室的环境调控终究要经过一系列的履行机构来完结。体系温室的履行机构体系由天然通风体系，遮阴与保温体系，降温体系，加热体系，补光体系，补气体系，灌溉体系和防灾体系组成。体系中这些履行机构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。
1.补光体系
光照操控首要有光强度操控和光周期操控两种办法。一般光照强度的操控在光源挑选和灯具安置中现已确认了最大值，只需求在夜晚或天然光照不能满意要求时翻开悉数光源即可，只要在清晨或黄昏时分添加强度时才会规划调理人工补光的光强。光周期补光操控首要是依据时钟操控，包含延伸日照，中止暗期，间歇照明，黎明前光照和短日中止光照等。补光体系由补光灯组成。依据不同的气候条件和作物要挑选不同的光源。体系选用规范白炽灯，金属卤化物灯和高压钠灯。
2.补气体系
在温室中作物需求很多的二氧化碳进行光合效果才干茁壮成长。人工增施二氧化碳的合适浓度，与作物种类、种类和光照强度有关，也因气候、时节、作物生育阶段不同而异。挑选合适的上肥时刻，是节省肥源、添加产值的要害之一。在大型温室中弥补纯洁的二氧化碳是一项既安全又经济的办法。
补气体系即二氧化碳上肥体系，包含二氧化碳容器，压力调理器，流量计，电磁阀，时刻操控器和衔接用管道。体系选用瓶装紧缩二氧化碳上肥。二氧化碳保存在高压的金属容器内，容器压力为11-15MPa，可以在设定的时刻距离内，给成长空间开释必定数量的二氧化碳。调压器可以将压力下降合适流量计作业。瓶装二氧化碳上肥的操控精确度高，配套设备现成，运转费用较低，上肥进程不会发生额定的热量。
3.2 硬件渠道选用及资源配置
AVR单片机 电机 继电器 电磁阀 传感器（光照、二氧化碳）
3.3体系软件架构
%&&&&&%C-AVR AVR studio MATLAB PROTUES PROTEL
3.4 体系软件流程
程序运转流程图
上电后，单片机进行初始化。然后进入计时程序，收集外部光照，与各个时节设置的光照进行比较，不合格就进入光照处理子程序并进行语音报警，让履行光照的体系持续运转，体系进入二氧化碳浓度丈量，判别是否与当时光照下西瓜所需二氧化碳浓度契合，不契合就转入调理二氧化碳子程序并进行语音报警。让二氧化碳调理器材持续调理浓度，体系持续去对光照和二氧化碳进行判别，并给予相应履行动作。参数改动可以经过人工设置。
3.5 体系估计完结成果
制作出体系模型，可以仿真体系运转，当外界环境改动时到达主动调理温室的光照强度和二氧化碳浓度。
