第一章绪论
1.1研究目的及意义
随着科学技术的快速发展及生产力的不断推动，国民经济不断提升，农业也得到了快速发展，随之产生了农业现代化和农村种植业结构相结合而发展起来的新型产业——设施农业。设施农业是利用现代工程技术手段和工业化生产方式，为动植物生产提供可控制的适宜生长环境，充分利用土壤、气候和生物潜能，在有限的土地上获得较高产量、品质和效益的一种高效、集约化的农业[1]。设施农业与传统农业有显著的区别，设施农业是农业现代化的一项重要标志，它在资源利用率、劳动生产率、作物产出率等方面与传统农业相比，有较高的提升。随着我国城市化和工业化发展的不断加快，很多土地都已经被征收作为商业、住宅及工业用地，用于农作物种植的土地己少之又少，由于城市化和工业化的快速发展，环境污染问题也不断加剧，为了能在这少之又少的土地上创造更多的经济效益，同时又能达到保护环境的目的，只依靠传统农业是很难实现的，因此大力发展设施农业对我国现代农业的发展具有重大意义。在设施农业的发展过程中，融合了信息技术、生物工程及农业相关技术等多种跨学科多领域的高新技术。随着现代电子测控装置的应用，设施农业的技术水平得到了很大提高，并且随着智能测控技术的应用，我国的设施农业正朝着自动化和智能化的方向发展[2_3]。现阶段，全球的现代工业已得到较成熟发展，随之而来的是现代工业技术向农业技术的不断快速渗透及影响。随着无线传感器网络及计算机等相关技术的飞速发展，对设施农业设施内的农作物生长环境实现实时监测显得尤为迫切、重要。在一些发达国家非常重视农业领域的发展，已经把不断快速发展设施农业作为长期可持续发展的重要举措，为保障设施内日常耕种的顺利进行及农作物能保证高效率高质量的产出，首要条件是实现对设施内农作物生长环境（空气及土壤温湿度、光照度、土壤盐碱度等）的实时监测，对于这项工作，传统的做法是靠人工凭经验获知或者利用温度、湿度及光照度测量仪器等测量用具，通过人工检测的方法完成，当测量出的生长因子的值不适宜农作物生长时，通常采用人工通风、加湿、除湿等方式解决问题，这样不但会造成人力、物力的浪费，还会由于测量结果的不准确而影响农作物的产量及质量。特别是，近些年来，设施农业在我国已较为普及，覆盖面积正在不断增大，传统的监测方式已无法满足设施农业现有的需求，为了能使农作物彻底摆脱自然环境的束缚，能真正实现建立一套具有高效的、科学性的，方便可行，可靠性高的监测系统已经迫在眉睫。
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1.2国内外研究现状
我国耕田面积位居世界第四，人口数量位居世界第一，这样导致我国人均耕田面积不及世界人均耕地面积的二分之一，为了保证农产品能满足人们日渐增长的需求，关于农作物高效率高质量产出这项工程的研究与发展显得尤为迫切，为此我国开始了关于设施农业的开发与研究，关于发展设施农业的相关研究工作开始于20世纪80年代，设施农业主要有4种模式，以下将列举其4种模式：地膜覆盖及中小拱棚的主要优点是制作简单，工作方便，投资较少，无需花费太多时间进行管理；主要缺点是不能使用各种现代化装置，因此会造成劳动强度大，抗灾能力差，一般达不到提高经济效益的效果。塑料大棚和日光温室的主要优点是透光性和保温性能比较好，投资适中，安装及拆卸比较方便，农民容易接受；主要缺点是环境的调控能力较差，不适合进行机械化操作，抗灾能力比较弱。“九五”期间，“工厂化高效农业示范工程”项目第一次正式提出了 "工厂化农业”的概念，该项目由前国家科委批准启动。该项目在全国不同地区进行温室的研制与开发、温室高产综合配套技术的研究与设备开发、新品种选育、种植工艺、采后处理加工及产品检测等方面取得了较大的进展[8]。
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第二章系统的整体方案
2.1影响系统市场需求因素的分析
影响本系统市场需求的主要因素有以下三方面：
(1)首要因素是系统价格问题。我国农村经济水平总体较低，农民人均收入普通较低，而购买本系统的人群大多数是农业从业人员，经济能力有限，所以一般会选择低成本的监测系统；
(2)其次是系统的性能。系统购买者在考虑经济因素的前提下，还会考虑系统的实用性、.稳定性及有效性。我国国土面积较大，农业种植面积也比较大，各地区自然条件不同，农业从业人员会根据不同的自然条件，选择适合本地区农作物生长环境的监测系统；
(3)最后是系统的应用问题。监测系统应该在使用过程中做到便于操作，另外，系统的售后服务问题也会影响系统购买者的购买行为。
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2.2系统的总体设计要求
基于第一章中对现有设施内农作物生长环境监测系统的研究与分析，本文对小区域农作物生长环境多点无线监测系统的设计要达到以下功能要求：
(1)通过由空气温湿度、土壤湿度、二氧化碳及光照度等传感器构成的数据采集终端实现对设施内农作物生长环境的实时监测，达到有效避免人工数据采集造成的数据不准确及采集不及时的要求并解决硬件干扰问题；
(2)微处理器及LED对数据采集终端釆集来的数据要做到实时有效的处理及显示，当数据超出预先设定的警戒值时，报警电路能实现实时报警；
(3)数据采集终端采集来的数据能实时、有效并准确的实现无线传输，要有效解决数据无线传输时受干扰的问题并降低误码率；
(4) PC机应实现数据显示、处理及存储。
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第三章系统的硬件电路设计....... 13
3.1系统的结构框图 .......13
3.2微处理器及其周围电路设计....... 13
3.3数据釆集及显示部分电路设计....... 16
3.4数据发送部分电路设计 .......25
3.5蜂鸣器报警电路及数据采集部分电源电路设计....... 29
3.6数据接收及上传部分....... 31
3.7解决硬件干扰问题的措施....... 34
3.8本章小结 .......35
第四章系统的软件设计....... 37
4.1下位机主程序 .......38
4.2上下位机的通信协议....... 43
4.3 ±位机±程序....... 44
4.4 CRC 校验....... 46
4.5数据转换....... 47
4.6软件系统的抗干扰措施 .......48
4.7本章小结 .......48
第五章仿真与调试....... 49
第五章仿真与调试
本系统釆用Proteus仿真软件及Keil C编程软件完成仿真部分。Proteus软件是英国Labcenter Electronics公司出版的著名的EDA工具软件，是世界上目前唯一将电路仿真、PCB设计和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台。Keil软件是美国Kdl Software公司出品的兼容单片机C语言软件的开发系统。它提供了丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，采用全Windows界面，多数语句生成的汇编代码容易理解，尤其在开发大型软件时更能体现高级语言的优势仿真电路的硬件由AT89C51单片机、ADC0808、LED、四个电位器及按键等组成。其原理图如图5-1所示。由于在Proteus 99se仿真软件中，没有本设计选用的传感器，因此选用了四个电位器完成了系统的局部仿真。在上述仿真图中，RV1、RV2/RV3及RV4分别模拟温湿度传感器、湿度传感器、二氧化碳传感器及光照度传感器的数据采集。
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总结
本设计所研究的小区域农作物生长环境多点无线监测系统是无线通信技术在农作物生长环境监测方面的一个具体的应用实例。本设计以无线收发芯片nRF401与AT89C51单片机为核心，釆用数字式温湿度传感器SHT11、模拟式二氧化碳传感器SH-300-DH,湿度传感器HM1500及光照传感器BYT20YSCGJ作为数据釆集终端，将单片机技术、传感器技术、无线收发技术及计算机相关技术等相融合，实现生长环境多点数据的采集及数据的无线传输。在前文中提到，本设计主要分为四个小部分进行分模块设计，这四个小部分也可以总结归纳为两大部分，首先是系统的数据采集部分：主要是以一个nRF401无线收发芯片为核心，与各种传感器组成了数据采集网络，实现生长环境多点数据的釆集及无线传输；第二部分是系统的数据处理、显示部分：本设计的电路简单、稳定性好，抗干扰能力较强，可靠性髙，易于扩展，经过数字滤波后，滤除了脉冲干扰及随机误差，经过CRC校验后，其数据传输的准确性得到进一步提高，本系统适合于设施内农作物生长环境多点监测的场合，是一种行之有效的数据采集及传输方案，实用性强。但是，对于本设计的研究还存在一些问题需要后续的研究与解决，例如，本设计的上位机监控软件未能实现。另外，只监控农作物的生长环境是不够的，应该增加生长环境的调整功能，才能有效地应用在实际生产中。
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参考文献（略）