基于物聯(lián)網(wǎng)的蔬菜大棚監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

劉博 周華平

一、研究背景及意義

大棚蔬菜對生長環(huán)境的要求很高，大棚內(nèi)的溫度、濕度、光照、CO2濃度等條件都不同程度地影響著蔬菜的生長，管理好蔬菜大棚是一項異常繁瑣的工作，農(nóng)戶除了要有一定的種植技術(shù)，還需要隨時了解大棚內(nèi)的環(huán)境狀況。當農(nóng)戶種植反季節(jié)蔬菜時，更需要全天候照看大棚蔬菜，由此造成人力資源的浪費，農(nóng)戶普遍收益不高。如何在降低投資的基礎(chǔ)上，減少人力成本，完成蔬菜大棚的增值創(chuàng)收成為當前農(nóng)戶的迫切需求.物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）是具有標識、感知和智能處理能力，借助通信技術(shù)互連而成的網(wǎng)絡(luò)，目的在于為人們提供智能服務(wù)，所以基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的蔬菜大棚監(jiān)控系統(tǒng)必將減輕農(nóng)民的負擔，用科技的手段幫助農(nóng)民致富，此系統(tǒng)具有很強的實用價值，可以迅速推廣。

二、總體設(shè)計方案

（一）系統(tǒng)方案論證

該方案采用終端集成通信模塊（ESP8266）+OneNet設(shè)備云平臺的方法，是一個簡單的二級簡化系統(tǒng)，ESP8266是目前國內(nèi)外比較流行的物聯(lián)網(wǎng)通信模塊，該模塊內(nèi)部通過一個32位ARM11內(nèi)核和四兆的Flash存儲器集成了無線數(shù)據(jù)通信轉(zhuǎn)發(fā)和終端數(shù)據(jù)采集功能，ESP8266即可作為一個無線通信模塊使用，同時又可作為一個MCU主控芯片，當做終端模塊使用。ESP8266在智能農(nóng)業(yè)大棚的作用是將采集的室內(nèi)土壤溫濕度，光照強度等數(shù)據(jù)上傳到云平臺，此時OneNet負責接收數(shù)據(jù)存儲，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給遠程移動端。

方案閃光點：將終端采集模塊與無線通信模塊合二為一，與傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)解決方案相比，省去了主控芯片，在OneNet設(shè)備云平臺實現(xiàn)遠程監(jiān)控的界面不需要單獨的開發(fā)，只需要在云平臺上關(guān)聯(lián)相關(guān)的數(shù)據(jù)流即可生成，OneNet官方提供手機APP版，我們只需在線登錄手機打開APP，就可實現(xiàn)遠程移動端監(jiān)控。極大地縮短了開發(fā)周期，節(jié)約開發(fā)成本。

方案弊端：ESP8266集終端與網(wǎng)絡(luò)通信于一體，因此其內(nèi)部可用資源單調(diào)，同普通的單片機（MCU）相比，其外設(shè)I/O很少。方案如下圖2-1所示。

（二）系統(tǒng)總體設(shè)計方案

基于ESP8266與OneNet設(shè)備云平臺的智能蔬菜溫室大棚遠程監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計方案如圖2-2所示：由于ESP8266的I/O資源有限，所以本方案把終端數(shù)據(jù)的采集與控制分為了兩個部分，一塊ESP8266用作傳感器數(shù)據(jù)采集，其中室內(nèi)溫度范圍在5～45攝氏度，空氣干濕度可監(jiān)測的范圍在10～90%，土壤干濕度范圍在0～100%，土壤溫度范圍在5～45攝氏度。在另一塊ESP8266用作對執(zhí)行器的控制。其中加熱、排風。滴灌卷簾通過繼電器控制，白熾燈和彩燈通過智能終端輸出不同占空比的PWM波形經(jīng)過驅(qū)動電路輸出不同量程的電流來控制燈光的光照強度。控制終端采用個人PC機（臺式機電腦或筆記本）和遠程移動終端（手機、PAD等）實時在線監(jiān)控。

三、系統(tǒng)實驗驗證及數(shù)據(jù)測試分析

通過在物聯(lián)網(wǎng)實驗室仿照大棚進行實驗，觀察光照和溫濕度。用IAR Embedded Workbench for 8051開發(fā)環(huán)境中的運行程序按鈕運行程序，如圖3-1所示，用串行助手進行實時查看光照，如圖3-2，光越暗采集的值越小。

對溫度和濕度的監(jiān)控結(jié)果如圖3-3所示。

由實驗室模擬大棚蔬菜實驗，可觀察到溫度，濕度，光照等的變化，當傳感節(jié)點檢測到大棚出現(xiàn)光照變強，控制終端會采用卷簾控制，當檢測到光照變?nèi)酰瑫詣硬扇艄饪刂啤．敊z測到溫度變高，會采取排風控制，當檢測到溫度變低，會采取加熱控制。

四、小結(jié)

本研究介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的分布式蔬菜大棚監(jiān)控系統(tǒng)，提高了農(nóng)業(yè)種植的效率。這樣的物聯(lián)網(wǎng)自動化系統(tǒng)給農(nóng)民帶來了前所未有的便利，讓他們只需要一部手機或電腦便能運籌帷幄，通過這智能管理，實現(xiàn)一個人輕松管理幾個大棚，給農(nóng)民創(chuàng)造更多的財富，解放農(nóng)民的生產(chǎn)力。