智能大棚監(jiān)測控制系統(tǒng)設(shè)計構(gòu)想

王麗麗 韓學(xué)堯

摘要：隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，對各種大棚的自動控制系統(tǒng)也迅速發(fā)展起來。但實現(xiàn)難度大且費用較高，大部分農(nóng)場仍采用人工值守的方式管理大棚。本文介紹了利用了GSM等現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，借助ZigBee模塊來實現(xiàn)多個大棚的同時監(jiān)測控制的設(shè)計思路。

關(guān)鍵詞：STC15F2K61S;GSM模;單片機

一、緒言

隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，智能溫室以及對各種大棚的自動控制系統(tǒng)也迅速發(fā)展起來。目前我國己能設(shè)計、生產(chǎn)各種現(xiàn)代化溫室，也有各種自動控制系統(tǒng)投入使用。但是，這些系統(tǒng)通常需要專門的通信線路實現(xiàn)，費用昂貴，不能適應(yīng)廣大農(nóng)民需求，在很大一部分地區(qū)都是采用人工值守的方式對蔬菜大棚進(jìn)行管理。

近年來，GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)展很快，已實現(xiàn)了全國聯(lián)網(wǎng)和漫游，其網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍大、性能穩(wěn)定。本設(shè)計是基于現(xiàn)有GSM短信息功能（SMS）的大棚自動控制系統(tǒng)，充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，無需單獨組網(wǎng)，運行安全穩(wěn)定。

二、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明

本系統(tǒng)主要由自主開發(fā)設(shè)計STC15F2K61S開發(fā)板、ZigBee通信模塊、WIFI模塊、攝像頭模塊、語音播報模塊、GSM通信模塊、點陣屏顯示模塊、太陽能發(fā)電模塊、報警電路、鍵盤模塊、溫濕度傳感器、煙霧傳感器、澆灌驅(qū)動機構(gòu)、卷簾驅(qū)動機構(gòu)、電源模塊等組成，系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)原理圖

（二）系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)能夠?qū)崟r采集溫室內(nèi)的空氣溫濕度、土壤濕度、光照強度、二氧化碳濃度等環(huán)境參數(shù)，通過12864液晶進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，并可以通過WIFI模塊或ZigBee通信模塊把各種環(huán)境信息傳送到手機（平板）或計算機（配合上位機軟件），進(jìn)行實時檢測。用戶通過手機（平板）或計算機也可以實時的控制大棚中的各種設(shè)備，還可以通過按鍵來現(xiàn)場控制。如控制卷簾電機、鼓風(fēng)電機、水泵等機械設(shè)備的運轉(zhuǎn)，以維護(hù)大棚的正常運行。當(dāng)環(huán)境參數(shù)超過設(shè)定值時，系統(tǒng)會自動報警，并把參數(shù)信息發(fā)送到用戶手機，尋求處理方案。在用戶的請求下還可以通過GSM模塊以短信的形式將蔬菜大棚的環(huán)境參數(shù)發(fā)送到用戶手機，以實現(xiàn)對大棚的遠(yuǎn)程監(jiān)測。在待機模式下，用戶也可用手機遠(yuǎn)距離控制大棚中各種機械設(shè)備的工作，以實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

（三）使用方法

本系統(tǒng)在開機后，自動進(jìn)行整體系統(tǒng)初始化，太陽能帆板自動搜索并定位陽光的位置，并為蓄電池充電，然后各子系統(tǒng)開始工作，系統(tǒng)進(jìn)入待機狀態(tài)（自動值守模式）。在系統(tǒng)待機狀態(tài)下，用戶可以按不同的按鍵實現(xiàn)對大棚設(shè)備的現(xiàn)場控制，也可以通過平板或計算機進(jìn)行集中監(jiān)控，還可用手機遠(yuǎn)程發(fā)送相應(yīng)短信進(jìn)行各種控制：

例如發(fā)送“上水開”到GSM模塊，水泵打開，開始灌水;發(fā)送“上水關(guān)”到GSM模塊，水泵關(guān)閉，停止灌水。發(fā)送“通風(fēng)開”到GSM模塊，鼓風(fēng)機打開，開始通風(fēng);發(fā)送“通風(fēng)關(guān)”到GSM模塊，鼓風(fēng)機關(guān)閉，停止通風(fēng)。

（四）系統(tǒng)特色

（1）.本系統(tǒng)以STC15F2K61S2單片機為核心，該芯片無需外部晶振、運行速度快（1T）、可靠性高、功耗低、抗干擾性強、內(nèi)存大、并且內(nèi)部集成10位高精度AD（方便土壤濕度傳感器的采集）、3路PWM（方便電機控制）等片內(nèi)外設(shè)資源。

（2）.具有多種工作模式：手動控制模式、無人值守模式和預(yù)約工作模式。

（3）.多種控制方式：現(xiàn)場按鍵控制、計算機控制、手機（平板）WIFI控制、自動控制和手機遠(yuǎn)程短信控制。

（4）.節(jié)能環(huán)保，本系統(tǒng)配有太陽能和風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)，在系統(tǒng)的調(diào)度下實現(xiàn)自動切換，無需人工干預(yù)。

三、結(jié)論

本系統(tǒng)采用STC15F2K61S2單片機作為控制核心，在C程序的控制下，用戶可通過按鍵、計算機（上位機）、平板或手機（Android）來實現(xiàn)對蔬菜大棚的智能監(jiān)測和控制。系統(tǒng)中還設(shè)置了攝像頭模塊，可以實時觀察大棚種的各種情況，另外還有太陽能電池板和風(fēng)力發(fā)電機，配合蓄電池可為系統(tǒng)和整個大棚提供電能，節(jié)能環(huán)保。最重要的是本系統(tǒng)具有自動管理功能，可以實現(xiàn)溫室大棚的無人值守，大大降低了工人的勞動強度，提高了生產(chǎn)效率。

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