基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

趙嘉偉，呂俐衡，沈洪吉，張杰

（吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，吉林吉林132101）

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

趙嘉偉，呂俐衡，沈洪吉，張杰*

（吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，吉林吉林132101）

我國是農(nóng)業(yè)大國，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)既可以節(jié)省人力、物力、財(cái)力，又可以高效高質(zhì)量地促進(jìn)生產(chǎn)。因此，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)變得越來越有意義。本文介紹的溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)采用Zigbee無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，將溫濕度、氣體等傳感器采集的實(shí)時(shí)信息傳送到上位機(jī)和手機(jī)APP上，這樣溫濕度、氣體等信息就可方便快捷地同時(shí)顯示到電腦和手機(jī)上。

溫室大棚；物聯(lián)網(wǎng)；監(jiān)測；傳感器

隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)生活工具的要求也越來越高，希望各類生活工具都變得更加快捷。我國是農(nóng)業(yè)大國，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式不僅需要大量的人力去觀察農(nóng)作物的生長，而且影響農(nóng)作物生長的各環(huán)節(jié)，也需要農(nóng)民靠自己的經(jīng)驗(yàn)去感知，這非常不利于我國農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展[1]。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)可以很好地解決傳統(tǒng)生產(chǎn)模式的弊端[2]。本文所介紹的溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，利用CC2530單片機(jī)對(duì)傳感器采集到的各類信息進(jìn)行處理，通過Zigbee無線通信技術(shù)形成一個(gè)可監(jiān)測溫室大棚的溫度、濕度、氣體等參數(shù)的星型的無線傳感網(wǎng)絡(luò)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)是由一個(gè)協(xié)調(diào)器（Z ig B ee中心節(jié)點(diǎn)）和4個(gè)終端節(jié)點(diǎn)（Z ig B ee終端節(jié)點(diǎn)）構(gòu)成。協(xié)調(diào)器的作用是將連接終端節(jié)點(diǎn)的溫度傳感器、濕度傳感器等采集到的信息，傳輸給上位機(jī)和手機(jī)A PP[3]。本系統(tǒng)的上位機(jī)和手機(jī)A PP都可以隨時(shí)查看溫室大棚的實(shí)時(shí)信息，并遠(yuǎn)程控制溫室大棚。具體工作原理是監(jiān)測系統(tǒng)電源開關(guān)打開后，傳感器先采集溫室大棚的溫度、濕度等信息給Zigbee終端，Zigbee終端通過無線網(wǎng)將信息傳送給Z ig b ee協(xié)調(diào)器，進(jìn)而再傳送給上位機(jī)和手機(jī)A PP[4]。根據(jù)環(huán)境要求的不同，通過鍵盤設(shè)定各類溫室大棚監(jiān)測信息的最高值，上位機(jī)和手機(jī)A PP通過與輸入設(shè)定值進(jìn)行比較，控制協(xié)調(diào)器驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)主要由CC2530單片機(jī)構(gòu)成主控部分，進(jìn)行信息處理、外部指令接受、控制信號(hào)形成和信息記錄等功能。本系統(tǒng)中土壤濕度傳感器類型為D H T11，空氣溫濕度傳感器類型為D S18B20，二氧化碳傳感器類型為M-Q 2。Z ig b ee終端節(jié)點(diǎn)會(huì)不時(shí)讀取各個(gè)傳感器采集的信息（模擬信號(hào)），并將各類模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)反饋給Z ig b ee協(xié)調(diào)器。Z ig b ee協(xié)調(diào)器和上位機(jī)通過串口R S232進(jìn)行通信，上位機(jī)和手機(jī)通過路由器w i f e通信，只要上位機(jī)和手機(jī)在同一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)，當(dāng)上位機(jī)打開管理系統(tǒng)、串口和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，手機(jī)上的A PP就可以連接上Z ig b ee終端，這樣傳感器采集的各類信息就可以同時(shí)在手機(jī)和上位機(jī)上顯示[5]。

3 系統(tǒng)測試

3.1 上位機(jī)信息采集測試

溫室大棚各類信息通過Zigbee終端節(jié)點(diǎn)到達(dá)Zigbee協(xié)調(diào)器后，經(jīng)過串口R S232把各類信息的數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)中，在上位機(jī)中進(jìn)行顯示、保存和處理，然后上位機(jī)再將處理后的數(shù)據(jù)傳輸給手機(jī)用戶A PP軟件上。其中，上位機(jī)中一個(gè)終端的顯示信息，如圖1所示。

圖1 上位機(jī)顯示信息

圖2 手機(jī)APP終端顯示設(shè)計(jì)

3.2 手機(jī)APP軟件信息采集測試

手機(jī)A PP通過藍(lán)牙方式接受上位機(jī)的數(shù)據(jù)，最終各類信息也可以在用戶A PP軟件上同時(shí)顯示，顯示信息如圖2所示。

4 結(jié)語

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，使得基于Zigbee的溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究非常具有實(shí)用價(jià)值和研究價(jià)值，基于Zigbee的溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)一方面節(jié)省了人力物力財(cái)力，另一方面可提高農(nóng)業(yè)溫室大棚的收益和效率，加快現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，提高人們的生活質(zhì)量。

[1]孟慶海.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].天津大學(xué),2014.

[2]郭青,薛亮.基于Z ig B ee和A n d r oi d的環(huán)境監(jiān)控A PP的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2016,(08).

[3]黃鴻鋒.基于Z ig B ee技術(shù)的農(nóng)作物溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué),2011.

[4]胡培金,江挺,趙燕東.基于Z ig b ee無線網(wǎng)絡(luò)的土壤墑情監(jiān)控系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2011,27(04)∶230-234.

[5]李銀華,姬光鋒.基于Z ig B ee技術(shù)的煙葉倉庫溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器,2009(05)∶111-113.

本文為大學(xué)生科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目（編號(hào)：2016083）

S625；TP277

A

10.14025/j.cnki.jlny.2017.13.001

趙嘉偉，在讀本科生，研究方向：信息技術(shù)應(yīng)用研究；呂俐衡，在讀本科生，研究方向：信息技術(shù)應(yīng)用研究；沈洪吉，在讀本科生，研究方向：信息技術(shù)應(yīng)用研究。

張杰，碩士，助教，研究方向：電力系統(tǒng)通信。