基于樹莓派的溫室大棚監控系統設計

宋志揚

摘要：該文針對目前傳統溫室大棚管理落后、自動化低等缺點，結合物聯網技術，提出了一種基于樹莓派的溫室大棚監控系統設計方案。它以樹莓派3B作為控制中心，利用溫濕度傳感器和光照強度傳感器實現對溫室大棚內環境的監測，通過sql server和java語言實現了對監測數據的存儲和GUI界面的開發，并且可以在手動或自動調節模式下控制外部設備以調節溫室大棚環境。經測試，系統操作簡單、性能穩定，具有一定的應用價值。

關鍵詞：監控系統；物聯網；樹莓派

中圖分類號：TP20 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2019）06-0205-02

1 背景

溫室大棚是一種可以為用戶提供種植反季節農作物的農業生產設施，而傳統農業管理模式下的溫室大棚依然存在著管理復雜、技術落后等缺點[1]。通過物聯網技術可以提高溫室大棚的生產效率、實現溫室大棚的高效管理，順應了當前農業現代化的發展道路。因此，該文提出了使用樹莓派3B作為控制模塊，結合溫濕度檢測、光照強度檢測，實現了實時監測溫室大棚內溫濕度大小和光照強度大小，并將數據存儲在數據庫中，為管理者提供可以查看當前監測數據和控制外部設備的GUI界面，并可以手動或自動控制外部設備以調節當前溫室大棚環境的溫室大棚監控系統。

2 系統架構

該系統以樹莓派3B為核心、主要由數據采集模塊和數據分析模塊組成。數據采集模塊包含溫濕度傳感器和光照強度傳感器。溫濕度傳感器用于采集溫室大棚內溫濕度數據、光照強度傳感器用于采集溫室大棚內光照強度，數據分析模塊將采集的數據存儲在數據庫中，為管理者提供GUI界面，并通過向外部設備發出控制信號，以實現對外部設備的控制。該設計的系統架構圖如下圖1所示。

3 系統功能實現

3.1 數據采集模塊

數據采集模塊功能為從溫室大棚中采集環境數據。溫濕度采集使用了DHT11數字型溫濕度傳感器，測量溫度范圍：0℃-50℃，誤差±2℃，測量濕度范圍：20%-90%RH，誤差在±5%RH。光照強度采集使用了GY30數字型光強度傳感器，測量光強范圍：0-65535lx，具有價格低、精度高的特點。傳感器均需要通過Zigbee實現自組網，并將從各個大棚中采集到的數據傳送至協調器中，然后將協調器中的數據通過串口傳送到樹莓派中[2]。

3.2 數據分析模塊

數據分析模塊使用了樹莓派3B作為控制模塊。樹莓派由英國慈善組織“Raspberry Pi 基金會”開發，雖然體積小，但基本具備所有計算機的基本功能。它以SD卡作為內存，擁有USB接口、以太網接口和HDMI輸出接口，具有體積小、價格低、功能全、擴展性高和開發簡單等優點。

數據分析模塊獲得數據采集模塊的數據后，將數據存儲在數據庫中。該系統使用了sql server的數據庫管理軟件，數據庫管理軟件為我們和物理數據庫之間提供了一個橋梁，開發人員不必了解物理數據庫中的構造，而直接使用數據庫管理軟件就可以實現數據的存儲和增刪改查。數據庫中相應數據的存儲格式如下表1所示。

數據分析模塊還需要為管理者提供GUI界面，實現查看監測數據和對外部設備的控制。該系統的GUI界面通過Java語言開發。Java中GUI界面開發需要依次建立若干層容器和組件，以降低各組件的耦合度。然后通過JDBC即用于執行sql語句的Java API實現與數據庫的數據交互，并將從數據庫中獲取

的數據顯示在GUI界面上以便管理者進行查看。管理者還可以選擇手動調節模式和自動調節模式。手動調節模式中，管理者可以通過GUI界面發送控制信號。自動調節模式中，如果采集的數據超出用戶設定的閾值時就會發送控制信號，外部設備接收到控制信號后就會進行工作，實現對溫室大棚內環境的調節。

4 測試與結果

該系統的測試[3]主要通過模擬手動調節模式和自動調節模式下系統能否正常進行工作。在手動調節模式下，通過GUI界面實現了對各個外部設備進行控制。在自動調節模式下，當溫度過高時，開啟降溫設備以降低溫度；當溫度過低時，啟動升溫設備以提高溫度；當濕度過高時，開啟通風設備以降低濕度；當濕度過低時，開啟加濕設備以提高濕度；當光照強度過低時，開啟日光燈以提高光照強度；當光照強度過高時，關閉日光燈以降低光照強度。經測試，系統工作穩定。

5 結束語

該文給出了一種基于樹莓派的溫室大棚監控系統設計方案，實現了對溫室大棚內的數據采集和分析功能。該系統能將監測的溫室大棚環將數據存儲在服務器中，管理者可以通過GUI界面查看當前和歷史數據，實現對外部設備的控制。并且可以根據管理者的需要使用不同的工作模式。該系統交互界面簡潔、易于控制、可擴展程度高、性能穩定，具有一定的應用價值。

參考文獻：

[1] 李云強. 基于Arduino的智能溫室大棚的控制系統設計[J]. 國外電子測量技術， 2018， 37（5）： 114-118.

[2] 李啟東， 馬雪芬. 基于ZigBee的大棚溫濕度監控系統設計[J]. 南方農機， 2019， 50（1）： 50-51.

[3] 韓力英， 楊宜菩， 王楊， 等. 基于單片機的溫室大棚智能監控系統設計[J]. 中國農機化學報， 2016， 37（1）： 65-68， 72.

【通聯編輯：謝媛媛】