摘 要

光是植物生长的基本因素之一，光对植物的生长、形态的长成、光合作用、物质的代谢均有调控作用。本文就是研究植物光照强度采集，可以设计和制造一个光照强度的检测装置，用来实时检测光照强度。我们可以从理论和实物装置两个方面出发，这样可以更加完善的进行光照强度装置的设计，通过从硬件到软件来实现全面的功能。本文阐述了该装置的设计、制作该装置所选用的硬件、汇编语言的编写。根据以上设计，利用C51单片机作为中央处理器，BH1750光强度传感器进行光强度采集。软件部分使用的是由美国KeilSoftware公司出品的KeilC51软件进行编写。本系统可以实时监测，在光源为手机电筒并且相距5厘米的情况下，测出的光照强度为3017lx，测出结果反映的光照强度变化趋势与实际的变化趋势一致，验证了测试结果的正确性。

关键词：BH1750；单片机；传感器

Design of Light Intensity Acquisition and Display Device for Plant Growth Environment

ABSTRACT

Light is one of the basic factors of plant growth. Light regulates plant growth, growth, photosynthesis and metabolism. In this paper, we study the acquisition of plant light intensity, and design a device for measuring the intensity of illumination, which can be used to detect the intensity of light in real time. We can start from two aspects of the theory and the physical device, so that we can make a more perfect design of the light intensity device, and realize the full function through the hardware to the software. This paper describes the design and fabrication of the device, and the compilation of hardware and assembly language. According to the above design, the C51 single chip microcomputer is used as the central processing unit, and the BH1750 intensity sensor is used to collect the light intensity. The software part is written by KeilC51 software produced by American KeilSoftware company. The system can be monitored in real time. When the light source is a mobile phone and the distance is 5 centimeters apart, the intensity of the light intensity is 3017lx. The change trend of light intensity reflected by the results is in accordance with the actual change trend, and the correctness of the test results is verified.

Key words:BH1750；MCU；Sensor

目录

第一章绪论 1

1.1课题背景 1

1.2 研究目的及意义 1

1.3 国内外植物光照强度检测研究状况 1

1.4 主要研究内容 3

第二章方案设计 4

2.1 系统总体方案设计 4

2.2 主要器件选型 5

2.2.1 主控芯片选型 5

2.2.2 光强度传感器的选择 5

2.2.3显示模块选择 6

2.2.4传输模块的选择 6

第三章 硬件设计 7

3.1 STC89C52单片机实物介绍 7

3.2 单片机最小系统 9

3.3 电源电路 11

3.4 LCD1602液晶显示 11

3.5 BH1750光强度传感器设计 12

3.6 蓝牙传输电路设计 13

3.7按键电路设计 14

第四章软件设计 16

4.1.编程软件 16

4.2 主程序流程图 18

4.3 LCD1602显示程序 19

4.4 BH1750光强度传感器采集程序 20

4.5 蓝牙传输程序 22

4.6 按键控制程序 22

第五章实物 24

5.1实物介绍 24

5.2实物说明 25

致 谢 28

参考文献 29

附录A源程序 30

第一章绪论

1.1课题背景

光是植物生存的条件之一，也正是绿色植物通过光合作用将光能转化为化学能，为地球上的生物提供了生命活动的能源。光也是植物必需的资源之一，对植物的生长发育、生理变化和形态结构等方面有着重要的作用。在自然环境中，光环境随着时间和空间发生变化，例如光照强度、光照时间和光谱成分的改变，将对植物产生深刻的影响。对于光照强度的改变，植物体通过改变生物量分配和形态的变化，也就是通常所说的形态可塑性来实现适应 。光环境对植物的直接作用就是光合作用，光合作用能吸收光能并将其转化为化学能。植物在生长发育过程中往往经受昼夜和季节的光照变化，这种变化不仅影响许多生物化学过程，而且也影响植物体内的物质分配、运输及累积等生理过程，光能条件与植物的生物学产量有直接关系。总之光照的强弱在植物的生长发育中起着非常重要的作用。

1.2 研究目的及意义

光是植物生长发育的基本因素之一。光强对植物的生长、形态形成、光合作用、物质代谢有调控作用。所以对植物光照强度的监测是不可或缺的一门技术。本课题是来研究监测植物生长环境的光照强度，可以让我们时刻知道植物生长所需要的光照强度，以便可以对植物生长环境的光照度做出调整，从而使植物更有利的生长。如今因为国家的高速发展，环境的破坏导致了很多的植物也随之破坏，更严重的可能面临着绝种的危险，所以对植物生长环境光照强度的监测是很有必要的，对植物进行光照强度监测可以知道植物所需要的舒适环境，这样的话可以让植物得到好的保护，避免绝种的危险，特别是那些稀少的珍贵的植物。

1.3 国内外植物光照强度检测研究状况

作为世界第一农业大国，我国对于温室光照控制技术的研究较晚，始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收发达国家温室控制技术的基础上，才掌握了人工气候室内微机控制技术，该技术仅限于光照、温湿度和CO²浓度等单项环境因子的控制。之后，我国的温室控制技术得到了迅速发展。20世纪80年代，我国先后从欧美和日本等发达国家引进了21.2hm2连栋温室。由于当时只注重引进温室设备，而忽略了温室的管理技术和裁培技术，且引进的温室能耗过高，致使企业相继亏损或停产。90年代初，我国大型温室跌入了发展的低谷。“九五”初期，以进口以色列温室技术为代表的北京中以示范农场的建立，拉开了我国第二次学习和引进国外现代温室技术的序幕。到90年代中后期，在对国外温室设备配置、温室栽培品种、栽培技术等各个方面进行研究的基础上，我因自主开发了一些研究性质的环境控制系统。1995 年,北京农业大学研制成功了"WJG-1型实验温室环境监控计算机管理系统”，此系统属于小型分布式数据采集控制系统，包含了对温室光照、温湿度、灌溉等子系统。1996年,江苏理工大学毛罕平等研制成功了使用工控机进行管理的植物工厂系统。该系统能对温度、光照、CO₂浓度、营养液和施肥等进行综合控制,是目前国产化温室控制技术比较典型的研究成果。中国农业机械化科学研究院研制成功了新型智能温室系统。该系统由大棚本体及通风降温系统、太阳能贮存系统、燃油热风加热系统、灌溉系统、计算机环境参数测控系统等组成。1997年以来，中国农业大学在温室环境的自动控制技术方面也取得了一定的成果。90年代末，河北职业技术师范学院的闰忠文研制了一体化蔬菜大棚监控系统，其能够对其光照、温湿度进行实时测量与控制。但由于我国农业现代化水平较低，农业生产有机程度相对较低，成型实用的相关配套技术较少温室的一次性投资大，以及对操作人员的素质要求比较高等因素，限制了温室控制技术(特别是光照控制技术)。

在我因现代农业中的发展。邹江涛等的设计都是运用了单片机为核心，运用光照传感器模块来进行监测，再利用显示系统显示。朱丹等通过设计LED植物生长灯系统，采用恒流驱动，以单片机为控制器，通过对环境中红光和蓝光强度的采样，满足植物对照的光谱，能够达到节能的好处。还有一种是温室大棚设计也是通过单片机为基础进行各个方面的监测与管理，再通过无线传输数据进行记录。嵌入式农业智能视觉监控系统是通过摄像头对植物进行实时采集监控，并且将植物生长信息传输到处理器，在运用算法对叶片进行样本训练，建立叶片识别分类器，其识别的结果和植物生长视频都可以通过机位界面进行查看。这种方法可以大大减少人力，提高植物质量。这几类都是通过不同的方法对植物进行监测，都是为了好好地管理植物的生长。国外对植物光照强度监测技术研究较早，都已经进入智能化控制，在配套监测系统软件平台及相U关设备进行系统的管理，极大程度弥补了自己国家农业资源、气候环境和基本国情先天不足。

1.4 主要研究内容

本文研究针对于植物生长环境光照强度的检测，重在光强度传感器，可以实时的对光强度进行监测。本次设计在查阅各种相关设计资料后，以C51单片机作为控制核心来控制连接各个模块，BH1750作为光强度传感器来实时监测光强度，显示模块来显示数据，然后通过蓝牙传输数据。设计出满足该设计的实体设备，进行测试、校准和验证，证明该设计所提出的方案是切实可行的。