蘇敏 殷柯裕 詹玉鋒 馬金燕 代亞文

針對有種植意愿而沒有足夠空間的現(xiàn)代人，設計了一種家用型微小懸掛式智能大棚。大棚是懸掛在陽臺頂部并采用自動升降技術(shù)對其進行上下移動，系統(tǒng)采用Zigbee無線傳輸技術(shù)實現(xiàn)對大棚環(huán)境的監(jiān)控，充分利用濕度傳感器，土壤濕度傳感器，火焰報警器等傳感器對大棚中的不同植物的生長環(huán)境參數(shù)進行實時采集，通過預先設定的閾值來控制設備的運轉(zhuǎn)。該系統(tǒng)通過ESP8266模塊連接至互聯(lián)網(wǎng)，用戶可在移動端或CP端實現(xiàn)對于系統(tǒng)的實時監(jiān)控與遠程操作，以保證農(nóng)作物處于良好的生長環(huán)境。

一、背景及研究的意義

在物聯(lián)網(wǎng)時代的大潮流中，智能大棚得到更好地發(fā)展。智能大棚不僅能在不適宜植物生長的季節(jié)提供光照或水分等所需物質(zhì)，而且能對大棚中的植物進行實時監(jiān)控，精準化管和遠程控制，為人們對植物的科學管理帶來了極大地方便。

隨著新技術(shù)和自動化的發(fā)展，傳感器的使用數(shù)量越來越多，功能也越來越強，各種傳感器都已經(jīng)標準版，模塊化，這為這個家用型微小懸掛式智能大棚系統(tǒng)的設計提供極大方便。

二、家用型微小懸掛式智能大棚總體設計

家用型微小懸掛式智能大棚系統(tǒng)分別由終端，無線傳感網(wǎng)絡，主控中心三部分組成。把無線傳輸技術(shù)，單片機原理，傳感器等技術(shù)與植物種植相結(jié)合，實現(xiàn)了家用型微小懸掛式智能大棚的自動化，精準化。

本大棚采用Zigbee無線傳輸技術(shù)實現(xiàn)對大棚環(huán)境的監(jiān)控，充分利用空氣溫濕度傳感器，土壤溫濕度傳感器，光照強度等傳感器對大棚中的不同植物的生長環(huán)境參數(shù)進行實時采集，通過預先設定的閾值來控制設備的運轉(zhuǎn)。無線傳感網(wǎng)絡的終端節(jié)點連接著傳感器和繼電器。傳感器用來感知外界環(huán)境變化并采集相關數(shù)據(jù)。繼電器用來控制終端節(jié)點農(nóng)業(yè)設施的運轉(zhuǎn)。協(xié)調(diào)器用來創(chuàng)建ZigBee網(wǎng)絡，為加入到網(wǎng)絡的節(jié)點分配地址。

三、模塊設計

（一）終端節(jié)點模塊

終端節(jié)點是由三部分組成，一部分采用的是監(jiān)控環(huán)境數(shù)據(jù)的傳感器;另一部分則是由繼電器控制的農(nóng)業(yè)設施，如風扇，日光燈，噴頭，卷簾，報警器等。還有一部分是人們用于遠距離觀察的客戶終端。

（二）無線傳輸網(wǎng)絡

無線傳輸網(wǎng)絡主要由ZigBee網(wǎng)絡構(gòu)成。ZigBee是部署無線傳感器網(wǎng)絡的新技術(shù)。這種通訊技術(shù)是應用在短距離，低傳輸數(shù)據(jù)速度下的各種電子設備之間，它主要有以下特點：低功耗、網(wǎng)絡容量大、時延短、成本低、安全可靠。在ZigBee無線網(wǎng)絡協(xié)議中定義了全功能設備和精簡功能設備兩種功能設備，由于全功能設備可以支持任何一種拓撲結(jié)構(gòu)，主要作為網(wǎng)絡的協(xié)調(diào)器和路由器。能夠和任何一種設備通信，所以大棚采用全功能設備，ZigBee協(xié)調(diào)器是整個無線傳輸網(wǎng)絡的中心，負責對整個ZigBee 網(wǎng)絡的搭建和維護。

（三）中心控制模塊

主控中心主要由STM32F 103RC開發(fā)板負責。STM32從串口讀取數(shù)據(jù)后，把大棚內(nèi)的各種數(shù)據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)分別儲存在各個變量中用于判斷是否在預先設計的閾值范圍內(nèi)，從而通過控制繼電器的開關來自動調(diào)節(jié)噴頭、風扇、日關燈、卷簾等的工作。

四、系統(tǒng)的實現(xiàn)

（一）除濕系統(tǒng)

DHTII 溫濕度傳感器采集大棚中的空氣濕度和溫度參數(shù)值，并將收集到的數(shù)據(jù)通過zigbee網(wǎng)絡發(fā)送給zigbee協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器將收到的數(shù)據(jù)整合處理后發(fā)送給串口，STM32讀取溫濕度傳感器DHTII的數(shù)據(jù)，了解大棚現(xiàn)在的環(huán)境狀態(tài)，將處理后的數(shù)據(jù)通過中口再傳至協(xié)調(diào)器，在由協(xié)調(diào)器將數(shù)據(jù)發(fā)送繼電器控制風扇打開并對大棚內(nèi)部進行除濕操作。

（二）自動灌溉系統(tǒng)

本系統(tǒng)通過土壤溫濕度傳感器檢測并傳送土壤中的濕度信息至協(xié)調(diào)器STM32讀取溫濕度傳感器DHTII的數(shù)據(jù)，將處理后的數(shù)據(jù)再傳至協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器在將數(shù)據(jù)發(fā)送繼電器節(jié)點的噴頭，實現(xiàn)作物生長整個過程中所需的土壤濕度。

（三）光照系統(tǒng)

光照強度傳感器實時監(jiān)控大棚中光線的強度，當光照強度大于設定的參數(shù)范圍時系統(tǒng)將通過單片機控制進步電機反轉(zhuǎn)從而達到光線要求，如果光照強度，還是達不到要求，單片機江將驅(qū)動繼電器控制的日光燈從而控制光照強度，延長光照時間。

（四）報警系統(tǒng)

報警系統(tǒng)主要用于預防突發(fā)危險應用火焰?zhèn)鞲衅黛`敏的感光性，采集大棚周圍環(huán)境的不正常參數(shù)。

（五）家用型微小懸掛式智能大棚升降系統(tǒng)

家用型微小懸掛式智能大棚采用了變壓整流技術(shù)，把220V的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂破髂苁褂弥绷麟娫础?/p>

五、結(jié)語

家用型微小懸掛式智能大棚通過HDTII溫濕度傳感器、土壤溫濕度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅鞯牡葌鞲衅鞑杉笈锏母鞣N情況數(shù)據(jù)，采用ZigBee無線組網(wǎng)技術(shù)傳遞數(shù)據(jù)信息，利用STM32單片機進行控制，實現(xiàn)了坐在辦公室也能對植物進行管理，解決日常生活中用戶自己沒時間種植的和沒地方種植的問題，為經(jīng)常外出或沒有地方種植的用戶提供方便。這對人民生活帶來了極大的方便，具有重要的現(xiàn)實意義并且具有一定發(fā)展和應用前景。（作者單位：西京學院 商學院）