一種新型智慧大棚的原理與設計

楊婉琪 陸永強 張亦睿 潘曉錚 湯瑞靜

摘?要：本系統通過上位機和下位機結合的方式，對大棚的空氣溫濕度、光照強度等數據進行監控，通過手機客戶端與PC客戶端，實現了對外設的精準控制和環境參數的實時顯示。使用Arduino傳感網絡，開發難度大大降低，擴展性大大增強，更加容易維護和擴展;使用ZigBee技術進行通信，實現了低功耗快速傳輸，所形成的自組網絡具有很強的抗干擾能力。

關鍵詞：智慧大棚;Arduino;ZigBee技術

0?引言

設計新型智能農業設備對推進溫室產業的規模化和產業化發展，建設溫室產業科技創新體系都有重要作用。

1?系統結構概述

本系統通過上位機和下位機結合的方式，對大棚的空氣溫濕度、光照強度等數據進行監控。

下位機主要負責數據的采集、整理、傳遞以及外設的驅動，由下位機主核心和Arduino傳感器網絡兩大部分組成。下位機主核心為下位機部分的主要核心，由多個外部設備和STC12C5A16S2控制中心構成，主要負責獲取所有Arduino傳感器的溫室大棚環境數據，并經過分析計算在液晶模塊上進行顯示，然后把數據再發送給PC端和手機客戶端組成的上位機部分。

上位機由電腦PC端和手機Android客戶端共同構成。上位機主要負責大棚內各個環境數據的顯示、對下位機連接外設的遠程控制以及各個環境數據的閾值設置。

2?系統工作過程

首先，對PC端和手機客戶端軟件進行初始化，當系統連通電源后，下位機部分開始初始化并與上位機進行連接。

其次，利用ZigBee傳輸協議，下位機從Arduino傳感器網絡中獲取溫室大棚的環境數據，并在液晶模塊進行顯示。

最后，通過STC12C5A16S2主核心將數據進行整合，再利用串口或者藍牙傳輸給上位機。其中在下位機中有手動模式和自動模式兩種控制模式，用戶可以在這兩種模式中任意切換。

3?系統運行模式

系統上電，打開PC端軟件和手機客戶端軟件，上位機、下位機開始顯示環境監測數據。系統分為手動控制和自動控制兩種方式，當選擇為手動控制模式時，在上位機按下相應的按鈕可對外設進行控制;當選擇為自動控制模式時，選擇合適的閾值并發送給下位機，實現外設的自動控制。控制面板如下圖所示。

4?結論

本文設計的系統，通過上位機和下位機結合的方式，對大棚的空氣溫濕度、光照強度等數據進行監控，通過手機客戶端與PC客戶端，實現了對外設的精準控制和環境參數的實時顯示。使用Arduino傳感網絡，開發難度大大降低，擴展性大大增強，更加容易維護和擴展;使用ZigBee技術進行通信，實現了低功耗快速傳輸，所形成自組網絡具有很強的抗干擾能力，為農業綜合生態信息系統的設計提供了技術支撐。

參考文獻：

[1] 張新，陳蘭生，趙俊.基于物聯網技術的智慧農業大棚設計與應用[J].中國農機化學報，2015（5）：90-95.

[2] 段益群，劉國彥.基于物聯網的智慧農業大棚系統設計[J].軟件工程師，2013（12）：35+31.