傳感器在智能溫室大棚監控系統中的應用

于麗娜

摘 要：我國是農業大國，農業生產現代化迫在眉睫，本文運用智能農業綜合實訓系統中空氣溫濕度傳感器的原理及應用，運用當前最熱門的物聯網技術，嵌入式技術和無線傳感網路技術相結合的方法，高精度測量智能大棚生產過程中的環境參數，智能控制溫室內溫濕度及通風等情況，為農業生產提供更高產的環境。

關鍵詞：傳感器；智能溫室；智慧農業

一、引言

（一）背景及意義

智能溫室大棚監控系統與傳統的溫室大棚種植技術相比，智慧大棚融合了信息技術，無線傳輸技術，自動化技術等，使得溫室大棚朝著智能、精細方向發展。該系統能夠隨時檢測環境因子，準確高速地控制大棚內的植物生長環境。

智能溫室大棚監控系統有三個部分組成，分別是PC上位機，終端設備以及協調器設備。大棚內的溫濕度傳感器檢測環境溫濕度后將數據傳輸到ZigBee終端，ZigBee協調器與PC端通過USB串口連接進行通信。將實時數據傳送到屏上，如果參數異常，可以進行調控，以達到植物生長最佳環境。

（二）國內外研究現狀及發展趨勢

隨著人類信息時代的高速發展與世界人口的顯著增長，信息技術在農業方面的應用越來越廣范，農業產品的產量與質量越來越受到重視。國內外紛紛投入大量人力、財力到農業種植當中去，致力于研究出一套適合農業生長的低成本、多功能、低功耗的智能監控系統，確保在投入最低的人力、物力情況下生產出高產、優質的農業產品。

（三）國內智慧大棚溫濕度監控系統研究現狀

我國自原始社會開始就有農業種植。依靠人力種植，靠天吃飯，隨著人類文明的不斷發展和意識形態的不斷進化，溫室大棚開始出現并應用于農業生產中。溫室大棚的種植者不僅要充當大棚內各個采集點的傳感器，還要充當大棚內數據對比出現問題的控制執行器。是整個溫室大棚最核心的要素。通過對植物生長環境的研究和對植物生長情況的觀察，憑借多年的種植經驗可以去判斷影響植物生長的因素，手動進行改變，調節大棚內的環境，為農作物生長提供最舒適的環境。但是這種方式對種植者本身的要求很高，需要種植者有多年成熟的種植經驗和細心的品質，而人工對農作物生長環境進行調節也很難做到精準，精確。并且這類人工大棚成本高，維護困難，溫室內的空氣溫濕度、光照強度，土壤溫濕度等多種環境參數根本達不到植物所需的最佳條件，不能及時防御溫室大棚內植物的病蟲害，使得植物的產量，質量達不到要求。

隨著我國智能技術的不斷發展，溫室大棚的控制系統越來越智能，功能越來越強大。

但是，目前國內的溫室大棚還存在許多問題，例如溫室大棚內對農作物的管理效率比較低，農民根據經驗進行判斷，缺乏科學技術的指導，導致錯過處理問題的最佳時機，無法保證產物的產量與質量；大棚建設面積小，且不集中，當部分自然災害發生時，缺乏及時、有效的病蟲害診斷方法，不能做好防御應對工作，而且大棚的費用很高，在資源得不到有效的利用下，大棚的成本始終無法得到降低。綜上所述，我國的智慧農業還在進步當中，溫室大棚智能監控系統的應用不斷地在更新完善，通過不懈的努力，物聯網農業將迎來飛速發展的新時期。

（四）國外智慧大棚溫濕度監控系統研究現狀

總體上來說，國外在農業方面的發展不管是從經濟成本上，還是實際的收益上都走在我國前面，隨著網絡信息時代的進一步發展，一些發達國家開始朝著更加智慧化，精細化的農業方向發展。

二、監控系統的硬件設計

（一）傳感器模塊設計

系統采用DHT11溫濕度傳感器采集大棚內溫度和濕度。這是一款數字信號傳感器，自動將采集到的溫濕度模擬信號轉換為數字信號的形式輸出，不僅減少了系統在數據采集上的工作，而且其專業的數字模擬采集技術和溫濕度傳感技術也保證了傳感器數據信息的可信度和不易破壞性。

（二）ZigBee芯片型號選擇

ZigBee節點的工作是在溫室大棚中，將溫濕度傳感器采集到的溫濕度參數傳輸到電腦端進行實時顯示，便于人員觀察。通過對多種芯片的比較，本次系統采用TI公司研究的CC2530芯片。原因有以下幾點：

根據系統設計的實際需求，ZigBee技術數據傳輸量不大，速率低，售價低，耗能小，安全性高。對于采用無線通信技術來說，是最為合適的。

CC2530是一個集成模塊，集51單片機、數模轉換器、無線通信模塊于一體。這不僅大大的減小了節點模塊的體積，還提高了單片機和無線通信模塊集成的安全性。

相對于其它芯片（CC2430，CC2431）來說，性能更好，操作更方便，價格也更低。

CC2530支持最新的ZigBee2007/PRO。

（三）ZigBee芯片內部介紹

TI公司中的ZigBeeCC2530芯片有RF收發器、低能的射頻前端、微型處理器。外接的射頻相對更簡單，并且加大ZigBee的輸出功率，大大改進了接收設備效率。

CC2530是一種真正的片上系統解決方案，在IEEE802.15.4標準上，致力于ZigBee和RF4CE。能用超低的成本建立強大的網絡節點，內置增強版8051單片機，有CC2530F32/64/128/256這四種閃存版本，根據系統選擇，每種模式都可以完整保存數據。

三、上位機軟件設計

本系統的上位機采用C++語言進行編寫的，運行環境是Visual Studio2008，vs是一種功能強大的軟件編寫開發環境，由微軟公司開發，是目前非常流行的程序開發環境。

（一）監控功能設計

如果傳感器的溫濕度參數成功傳輸到協調器上了，電腦和協調器通過USB接口連接成功以后在電腦管理下會有一個串口號，記住該串口號。然后運行上位機軟件，打開串口之后，溫濕度傳感器采集到的環境溫濕度參數就會顯示在上位機軟件上的溫濕度顯示控件中。

（二）實時界面顯示設計

上位機上除了會在溫濕度控件上顯示當前的具體溫濕度值之外，還會以動態曲線的形式顯示。當自動刷新功能打開時，每隔一秒會定時的獲取溫濕度參數，實現數據的實時動態顯示。

（三）手動控制功能設計

當用戶觀察溫濕度趨勢變化有異常時就需要手動去打開控制設備（風扇）去調節環境，進一步增加當下系統設計的合理性。該功能能夠人為的改變環境溫濕度。

四、實驗結果

打開上位機軟件，自動刷新數據，觀察數據能否正常的顯示以及控制按鈕，風扇是否能正常工作。圖1為溫度曲線圖，圖2為濕度曲線圖。

參考文獻：

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