基于WSN的植物管家系統

謝石璞

【摘 ?要】在溫室種植過程中，為實現對溫室內環境的檢測與對溫室系統的智能控制，營造適于生物生長發育及農產品的貯存與保鮮的環境，設計出一款能夠智能檢測與調控溫室環境參數的監控系統，即植物管家系統。本監控系統采用stm32f103c8t6型號單片機，利用無線傳感器wsn技術，將各傳感器采集來的數據通過無線傳感器網絡發送到中央處理器，由中央處理器通過自動干預各執行機構的方法，調節溫室中的內部環境參數，到達智能管控的目的。

【關鍵詞】溫室環境參數，WSN無線傳感器網絡，智能管控

中圖分類號：TP273.5文獻標識碼：A

設計思路：農業溫室智能控制是指對人工建造的設施，通過調節和控制局部范圍內環境因素，為作物生長提供最適宜的環境條件，使作物處于最佳生長狀態，從而獲得高產優質的農產品[1]。隨著大中城市對新鮮蔬果的需求日益高漲，溫室農業得到了迅速的發展。溫室大棚內部的環境溫濕度等參數對農作物的生長起著至關重要的作用，而現有的溫室大棚在環境監控上存在一些不足：

1.溫室數據采集系統大多是采用人工或預先布線的有線采集方式。加大了工作量，難以保證數據的實時性和有效性;

2.采用有線數據采集的監測系統，受地理位置、物理線路和復雜環境因素的影響，具有明顯的局限性。

3.基于工控機的控制器成本高不易普及。[2]

為此，采用新興的無線傳感器網絡技術（WSN），設計了一種生物生態環境監測系統。可利用溫度傳感器、土壤濕度傳感器、光照強度傳感器、等多種傳感器對各種生態環境參數進行采集，通過STM32單片機對各種數據進行快速處理，通過各種外設對檢測到部分異常重要的環境參數進行自主處理，再通過WiFi網絡使數據在上位機顯示，實現遠程監控及數據共享;提醒和幫助管理者對所管理的區域進行實時監控和管理。

1產品優勢

系統在結構上存在三大優勢：

1.價格低廉，安裝方便的檢測網絡。

2.建立一個無線局域網，擺脫布線束縛。

3.將檢測裝置做成一個個的獨立單元，每個單元既可獨立作業，也可以通過連接局域網，形成一個大的檢測網絡。

2制作過程

（1）模塊選擇與電路設計

本系統包括處理器模塊、無線通信模塊、傳感器模塊和電源模塊四大部分，實現了數據的采集、處理和無線收發等功能。整體原理圖如圖1。

1）處理器模塊。控制核心采用STM32F103型號單片機。

2）電源模塊。

3）無線通信模塊。可以通過配置和單片機上串口進行通信，利用WIFI傳輸數據，實現上位機對系統的控制。

4）傳感器模塊。作物生長環境因素數據的采集是溫室環境控制中的關鍵技術之一。傳統傳感器采集信號均采用分立器件進行數據信息采集，占用系統資源，對中央處理器要求較高。而帶有中央處理器的傳感器節點具有體積小、功耗低、可靠控制核心[3]。傳感器節點分布在各待測區域，考慮到性能、功耗、體積和成本等因素，選擇土壤濕度傳感器、空氣溫濕度檢測傳感器、水位傳感器、光照強度傳感器以及0LED顯示屏。

（2）程序及APP編寫

基于各種功能模塊為系統編寫程序。

由于系統可通過WiFi與手機連接，實現手機對系統的遠程監控。為系統編寫了上位機操作頁面，建立成一個APP軟件，頁面如圖3。

（3）整體調試

1）線上調試：運用ST-link v2仿真器對程序進行線上仿真調試。

2）線下調試：對整個系統硬件搭建完成后，進行軟件調試，通過不斷的演示調試，實現各種功能

（4）外觀設計

系統完成后，對其整體外觀結構進行設計，使其更加美觀。

3成品及功能介紹

可運用在溫室農業中，實現以下應用功能：

1.可用于溫室大棚的環境檢測。

通過一套網絡完成溫、濕、光等的數據采集和環境控制，可有效提高農業集約化生產程度，使生態環境監測和管理更加科學，從而達到提高經濟作物產量、改良品種、調節生長周期、提高經濟效益的最終目的。

2.可為珍貴植物的生長條件進行檢測。

根據分析結果農業人員就可以在人造環境下進行逼真的模擬，為高經濟價值作物的生長條件分析與人工干預等提供科學依據。通過智能管理系統根據實時監控數據并參考最佳作物生長指標對農業環境進行自動調節。

參考文獻：

[1]秦國成，秦貴，張艷紅.設施農業裝備技術現狀及發展趨勢[J].農業工程，2012，2（03）：8-11.

[2]吳小偉，史志中，鐘志堂，武文娟，張璐，丁莉，崔軍.國內溫室環境在線控制系統的研究進展[J].農機化研究，2013，35（04）：1-7+18.

[3]董永勝.基于無線傳感器網絡的溫室環境監控系統研究[J].微型機與應用，2010，29（09）：59-62

（作者單位：山東科技大學）