溫室物聯網監控系統的設計

馬敏 張得龍 吳少慈

摘要：本設計以物聯網技術為信息平臺，設計了智慧溫室監控系統，主要包括數據（包括濕度、溫度、光照度以及CO2濃度等）采集模塊、存儲模塊、電源模塊、通信模塊、時鐘模塊等，每個數據采集模塊集成一個無線Zigbee傳輸芯片與主節點通信，再進行遠程傳輸，系統功耗最小，傳輸可靠，可實現溫室的智能控制。

關鍵詞：物聯網技術;智慧溫室;遠程監控

1 緒論

智慧農業，就是面向農業生產，流通，管理等一系列過程中的典型問題，在這一過程中使用專家系統、神經網絡、模糊控制、機器學習、智能搜索等技術方法來學習、理解信息，最終制定最優化的策略，并設計實現目標的軟硬件實體[1]。本文開發設計了一種新型的符合現代化農業建設的智慧溫室控制系統，提出了基于物聯網技術的新的通信平臺，實現溫室內部包括溫度、濕度、光照度以及CO2濃度各項環境參數的實時監測控制，并能實現異常報警等功能。

2 總體設計

本設計基于溫室大棚的生產需求，在硬件上主要對數據采集模塊（濕度、溫度、光照度和CO2濃度等數據）、存儲器、電源模塊、時鐘模塊和控制執行模塊等進行了設計，溫室環境監控系統的總體設計方案如圖1所示。

3 硬件設計

3.1 主控制器模塊設計

主控芯片與外圍電路設計的原理圖如圖2所示。主控芯片采用STM32103系列單片機，該芯片是基于ARM核心32位增強型單片機，帶512K字節閃存的微控制器，具有USB、CAN等接口，并包含11個定時器、3個ADC和13個通信接口。圖2中單片機最小系統的復位電路主要通過微動開關實現單片機的按鍵復位。

3.2 ZigBee模塊設計

系統的Zigbee模塊采用了Zicm2410型號的數據傳輸模塊，具有較大的輸出功率，最大時可達8dBm，理想狀態的可視傳輸距離達到500米。MCU與Zigbee模塊通過串口連接，在數據傳輸過程中，波特率可以在1200bps-115200bps范圍內進行選擇，工作溫度范圍為-40℃-+85℃，完全適用于溫室的一般性環境。

3.3數據采集模塊設計

數據采集模塊主要包含有濕度、溫度、光照度以及CO2濃度等參數的采集。本節主要介紹溫度采集模塊和濕度采集模塊。溫度采集模塊選用了雙總線、低功耗的TMP102芯片[2]，適合在本系統的小空間PCB板。測量溫度有效范圍為-40℃-+125℃，工作最大電流為10uA，關機模式僅為1uA[3][4]，電路如圖2（a）所示。

濕度采集模塊選用CY- HR104芯片[5]，是深圳市深恒源電子公司生產的抗結露、除靜電新型濕度敏感元件，反應速度快，感應范圍寬，穩定可靠，廣泛用于工農業的監測中。數據采集主要使用固定點采集和巡回采集兩種方式。

4 軟件設計

在單片機向數據采集模塊采集數據的過程中，每發送一幀數據結束后，接收方要進行收到反饋，已確認數據已經接收到，傳感器模塊返回數據時，同樣要進行接收確認。如果每次發送數據時，對方發送數據但仍未接收到確認信息，則認為通信系統出現故障，此時需要報警，以便于管理人員進行維護。軟件設計流程圖如圖3所示。

結論

本文設計了基于溫室物聯網監控系統的硬件和軟件部分，對溫室內的各項參數進行存儲、傳輸、分析，且系統可根據監測的數據進行分析并對溫室的控制設備的操作，管理系統或用戶也可對控制設備進行遠程的操作，基本實現了溫室的智能化管理，提高了溫室農業生產的智能化程度。

參考文獻

[1]李皓.基于ZigBee的無線網絡技術的應用[J].信息技術，2008，1（1）：12-14.

[2]Wang Gangshi.Computer Control on Multimeter Measurement Instrument Based on RS232 in LabVIEW.Proceedings of the Second International Symposium on Test Automation & Instrumentation （Vol.4），2008，11（1）：270-274

[3]李道華等.傳感器電路分析與設計[M] .武漢：武漢大學出版社，2000.

[4]周建宇.基于Zigbee技術的無線溫度采集系統的設計[D] .武漢：湖北工業大學.2011.12.

[5]CHR02高分子濕度傳感器規格.http：//wenku.baidu.com/view/26ac66768e9951e7 9b8927da.html？re=view.

作者簡介：馬敏（1998-），女，山東泰安人，濰坊科技學院電氣自動化學院2017級學生;

張得龍（1987-）男，山東省臨沂人，濰坊科技學院電氣自動化學院教師。