濰坊工程職業(yè)學(xué)院 郇新 謝宗華

基于物聯(lián)網(wǎng)的溫室大棚控制系統(tǒng)

濰坊工程職業(yè)學(xué)院 郇新 謝宗華

本文設(shè)計(jì)了一款基于物聯(lián)網(wǎng)的溫室大棚控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)配備完善的傳感器系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)采集溫室大棚內(nèi)的溫度、濕度、光照等參數(shù)，采集的數(shù)據(jù)通過Zigbee遠(yuǎn)程傳輸?shù)街鳈C(jī)上，通過與主機(jī)預(yù)存儲(chǔ)的植物生長(zhǎng)數(shù)據(jù)相比較，來控制溫室大棚的光照、灌溉、通風(fēng)等系統(tǒng)工作，使溫室大棚內(nèi)環(huán)境達(dá)到最適合農(nóng)作物生長(zhǎng)的條件。

傳感器；物聯(lián)網(wǎng)；Zigbee

我國(guó)是人口大國(guó)，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的需求量大，很多農(nóng)產(chǎn)品已經(jīng)采用溫室大棚進(jìn)行生產(chǎn)，目前溫室大棚生產(chǎn)大部分還處于粗放式管理階段，大棚的灌溉、光照、施肥等大多依照傳統(tǒng)的種植經(jīng)驗(yàn)，沒有精確數(shù)據(jù)來進(jìn)行管理，現(xiàn)代化水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。要實(shí)現(xiàn)溫室大棚的精細(xì)管理，可以引入農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，充分利用溫度、濕度、光照等傳感器收集溫室大棚信息，通過無線通信技術(shù)將數(shù)據(jù)傳到上位機(jī)中，根據(jù)上位機(jī)預(yù)存的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可以達(dá)到精確控制溫室大棚的目的。

1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

引入基于物聯(lián)網(wǎng)的溫室大棚控制技術(shù)，精確監(jiān)控農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的各項(xiàng)參數(shù)，精確控制大棚的光照、灌溉、溫度等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)大棚的精細(xì)管理，本文主要實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：

硬件設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)傳感器檢測(cè)電路，能夠準(zhǔn)確收集溫度、濕度、光照等信息，大棚的控制電路能夠智能控制大棚的灌溉、光照、施肥等。

無線通信模塊：傳感器模塊與主控制器之間采用無線通信模塊連接，基于傳輸距離和穩(wěn)定性，采用Zigbee進(jìn)行無線傳輸。

上位機(jī)WEB管理系統(tǒng)：能夠接收傳感器的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，根據(jù)系統(tǒng)預(yù)存的數(shù)據(jù)對(duì)比植物的生長(zhǎng)狀態(tài)，進(jìn)而有效控制溫室的灌溉、光照、施肥等工作。

2 硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件主要包括傳感器信息采集卡和主控制器兩部分，其中傳感器信息采集卡包括空氣溫濕度傳感器、土壤濕度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器等，能夠完成相關(guān)參數(shù)的測(cè)量；主控制器能夠接收信息采集卡的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)與系統(tǒng)設(shè)定值比較，控制外圍的遮陽簾、通風(fēng)和灌溉等設(shè)備，通過485總線傳輸?shù)缴衔粰C(jī)軟件進(jìn)行處理和存儲(chǔ)，將每次農(nóng)作物生產(chǎn)的過程數(shù)據(jù)建成數(shù)據(jù)庫(kù)，分析溫度、濕度、季節(jié)等對(duì)農(nóng)作物生產(chǎn)的影響，進(jìn)一步改善溫室控制效果，系統(tǒng)框架圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框架圖

3 無線通訊模塊

3.1 Zigbee技術(shù)

Zigbee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的一種無線傳輸技術(shù)，廣泛應(yīng)用于短距離無線傳輸，主要特點(diǎn)有：

（1）功耗低：Zigbee采用多種省電模式，在低功耗待機(jī)模式下使用2節(jié)普通AA電池可以工作6～24個(gè)月。

（2）成本低：Zigbee在我國(guó)使用2.4GHz免執(zhí)照頻段且不收取協(xié)議專利費(fèi)。傳輸協(xié)議通過的大幅度簡(jiǎn)化，對(duì)控制器要求低。

（3）通信可靠：ZigBee提供了新型的ASE-128加密標(biāo)準(zhǔn)，并且提供三級(jí)安全模式，能夠靈活設(shè)定其安全屬性。

3.2 Zigbee無線模塊設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)Zigbee模塊采用TI公司的CC2530芯片作為核心，能夠?qū)崿F(xiàn)2.4GHz頻率的無線通信，具有功耗低、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，電路圖如圖2所示。

圖2 Zigbee模塊電路圖

4 上位機(jī)WEB管理系統(tǒng)

圖3 上位機(jī)軟件界面

主控制器通過485傳輸總線將采集到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)軟件，上位機(jī)軟件接收數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)形成溫室大棚控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)可以轉(zhuǎn)換為EXCEL數(shù)據(jù)形式，為其他軟件提取數(shù)據(jù)庫(kù)文件提供方便。為實(shí)現(xiàn)通過互聯(lián)網(wǎng)查看數(shù)據(jù)功能，我們通過軟件將計(jì)算機(jī)設(shè)置成WEB服務(wù)器，將數(shù)據(jù)庫(kù)傳輸?shù)椒?wù)器，通過訪問服務(wù)器地址實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的追蹤查看，上位機(jī)軟件如圖3所示。

[1]王懷宇,趙建軍等.基于物聯(lián)網(wǎng)的溫室大棚遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)研究[J].農(nóng)機(jī)化研究,2015(01)∶123～127.

[2]廖建尚.基于物聯(lián)網(wǎng)的溫室大棚環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2016(11)∶233～243.

[3]潘金珠,王興元等.基于物聯(lián)網(wǎng)的溫室大棚系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].傳感器與微系統(tǒng),2014(10)∶51～57.

本文系2016年度濰坊市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“基于物聯(lián)網(wǎng)的溫室大棚自動(dòng)控制系統(tǒng)”（編號(hào)：2016GX082）的研究成果。