龔瑞等

【摘 要】針對(duì)傳統(tǒng)的溫室人工管理的不方便，本文設(shè)計(jì)一種基于物聯(lián)網(wǎng)的溫室監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集溫室內(nèi)的土壤及空氣溫度、土壤及空氣濕度、光照強(qiáng)度等環(huán)境參數(shù)，以直觀的數(shù)據(jù)和曲線方式顯示給監(jiān)控人員，可以根據(jù)作物的需求提供報(bào)警信息，同時(shí)可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、查詢和打印。利用環(huán)境數(shù)據(jù)與作物的信息，生產(chǎn)人員可以進(jìn)行正確的栽培管理，以求達(dá)到作物的最佳生長(zhǎng)條件，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化管理，收到最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)效果。

【關(guān)鍵詞】溫室；監(jiān)控；物聯(lián)網(wǎng)

0 引言

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，目前在廣大農(nóng)村，溫室比比皆是。近年來(lái)，隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式逐步由傳統(tǒng)的粗放經(jīng)營(yíng)式向現(xiàn)代集約型經(jīng)營(yíng)方式轉(zhuǎn)變，農(nóng)業(yè)科技示范園，作為現(xiàn)代集約型農(nóng)業(yè)和高新科技應(yīng)用的示范窗口，應(yīng)運(yùn)而生。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，溫室的結(jié)構(gòu)檔次在逐步的提高，建設(shè)一種可提溫室內(nèi)作物產(chǎn)量和質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，減輕工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度的溫室監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)顯示溫室內(nèi)溫度、濕度、光照度等環(huán)境數(shù)據(jù)，是廣大溫室作物生產(chǎn)人員的迫切需求。

1 控制方案的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由一個(gè)上位機(jī)、一個(gè)USB轉(zhuǎn)485隔離轉(zhuǎn)換器、8個(gè)STC12C5A60S2單片機(jī)、8個(gè)溫度傳感器DS18B20、8個(gè)濕度傳感器SHT11、8個(gè)光照傳感器BH1750FVI組成，如圖1所示。其中每個(gè)溫度、濕度和光照度采集模塊有8個(gè)通道，數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)符合RS-485總線要求，完成了數(shù)字校零、軟件濾波、線性變換等環(huán)境檢測(cè)功能。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

PC機(jī)的串行接口為RS-232或USB總線，現(xiàn)階段應(yīng)用更多的是將RS-232接口轉(zhuǎn)換成RS-485接口，然后采用RS-485進(jìn)行長(zhǎng)距離、高速的串行異步通信。單片機(jī)采用RS-485進(jìn)行串行通信，只需要將TTL電平的串行接口通過(guò)芯片轉(zhuǎn)換為RS-485串行接口，這種轉(zhuǎn)換比較簡(jiǎn)單，本系統(tǒng)采用的是MAX485芯片。利用PC現(xiàn)有的USB接口，系統(tǒng)中采用USB轉(zhuǎn)485隔離轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)。在傳輸過(guò)程中防止對(duì)信號(hào)的干擾采用光電隔離電路，如圖2所示，同時(shí)防止靜電和雷擊對(duì)系統(tǒng)的損害采用防雷電路，如圖3所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

由于485總線是一種異步半雙工的通信總線，在某一時(shí)刻，總線只可能呈現(xiàn)出一種狀態(tài)，在PC機(jī)與多單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成的多機(jī)通信系統(tǒng)中，一般采用主從式通信，主機(jī)處于主導(dǎo)和支配地位，定時(shí)發(fā)出監(jiān)控命令后等待從機(jī)的應(yīng)答。各從機(jī)處于偵聽狀態(tài)，不能主動(dòng)往總線發(fā)送數(shù)據(jù)，必須等待主機(jī)的命令，在接收到地址幀后，立即判斷是否在呼叫自己，如果不是則不予理睬。如果是則繼續(xù)接收下面的數(shù)據(jù)。接收完一個(gè)主機(jī)監(jiān)控命令后先進(jìn)行校驗(yàn)，如果校驗(yàn)正確則解析接收的監(jiān)控命令，并根據(jù)命令回送相應(yīng)的應(yīng)答幀。而且任何時(shí)刻只能有一個(gè)單片機(jī)處于發(fā)送狀態(tài)，但主機(jī)發(fā)送時(shí)所有單片機(jī)必須都處于接收狀態(tài)。

每個(gè)單片機(jī)分別讀取DS18B20傳感器上溫度值，SHT11傳感器上濕度值、BH1750FVI傳感器上光照度值通過(guò)485總線按地址碼順序依次循環(huán)傳輸?shù)絇C機(jī)上顯示。軟件程序流程圖如圖4所示。

通信協(xié)議采用Modbus協(xié)議。主設(shè)備可單獨(dú)和從設(shè)備通信，也能以廣播方式和所有從設(shè)備通信。如果單獨(dú)通信，從設(shè)備返回一消息作為回應(yīng)，如果是以廣播方式查詢的，則不作任何回應(yīng)。Modbus協(xié)議建立了主設(shè)備查詢的格式：設(shè)備（或廣播）地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、一錯(cuò)誤檢測(cè)域。從設(shè)備回應(yīng)消息也由Modbus協(xié)議構(gòu)成，包括確認(rèn)要行動(dòng)的域、任何要返回的數(shù)據(jù)、和一錯(cuò)誤檢測(cè)域。如果在消息接收過(guò)程中發(fā)生一錯(cuò)誤，或從設(shè)備不能執(zhí)行其命令，從設(shè)備將建立一錯(cuò)誤消息并把它作為回應(yīng)發(fā)送出去。數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式采用CRC校驗(yàn)。CRC域是兩個(gè)字節(jié)，包含一16位的二進(jìn)制值。它由傳輸設(shè)備計(jì)算后加入到消息中。接收設(shè)備重新計(jì)算收到消息的CRC，并與接收到的CRC域中的值比較，如果兩值不同，則有誤。

4 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

微軟公司的Visual Basic 6.0是windows應(yīng)用程序開發(fā)工具，是目前應(yīng)用最為廣泛、易學(xué)易用的面向?qū)ο蟮拈_發(fā)工具，并且為用戶提供了大量的控件。這些控件可用于實(shí)現(xiàn)各種功能，減少了程序設(shè)計(jì)的很多困難。本設(shè)計(jì)利用Mscomm控件實(shí)現(xiàn)和RS485串口的多路數(shù)據(jù)通信，接收測(cè)量系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)，在上位機(jī)上進(jìn)行顯示，然后分析完成的數(shù)據(jù)繪制出曲線，數(shù)據(jù)庫(kù)的存取和報(bào)表打印。

5 總結(jié)

隨著科技的發(fā)展，智能管理系統(tǒng)會(huì)逐漸進(jìn)入農(nóng)產(chǎn)業(yè)，本文對(duì)溫室監(jiān)控系統(tǒng)提出了設(shè)計(jì)思路，提出了軟件設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)以及上位機(jī)設(shè)計(jì)的方案，從而有效的對(duì)溫室內(nèi)溫度、濕度和光照度等環(huán)境因素實(shí)時(shí)監(jiān)控，減輕了工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，為農(nóng)作物提供一個(gè)適應(yīng)的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化管理，收到最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)效果。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉光斌，劉東，姚志成.單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)用抗干擾技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2003.

[2]楊文霞.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的研究與應(yīng)用[D].大連：大連理工大學(xué)，1999.

[3]范逸之，陳立元.Visual Basic與RS-232串行通信控制[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[4]齊莉.物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)智能測(cè)控系統(tǒng)的特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)及其在溫室大棚的應(yīng)用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（30）：89-92.

[責(zé)任編輯：湯靜]