28 農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣 Agricultural Popularization 2020 年 3 月下 溫室大棚智能監(jiān)測系統(tǒng) 劉 錦 陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程學(xué)院 陜西 西安 710300 摘 要 在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中 農(nóng)民澆水灌溉 施肥 打藥等全憑積累的經(jīng)驗 這樣落后的生產(chǎn)方式已經(jīng)漸漸不能滿足人類的需求 隨著農(nóng) 業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展 溫室大棚 無土栽培等生產(chǎn)方式漸漸出現(xiàn) 然而 普通的農(nóng)民難以應(yīng)用這些先進的生產(chǎn)技術(shù) 文章設(shè)計了一款經(jīng)濟易操作的智 能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng) 主要應(yīng)用于溫室大棚 該系統(tǒng)基于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法 采用 Arduino UNO 微處理器作為系統(tǒng)的主控芯片 使用溫濕度傳感器 DHT11 光照傳感器 BH1750FVI 和土壤濕度傳感器作為外界環(huán)境監(jiān)測模塊 使用網(wǎng)絡(luò)模塊 W5100 將數(shù)據(jù)傳送到用 PC 機搭建的 Web 服務(wù)器平臺 程 序?qū)?shù)據(jù)進行分析處理后 通過 JSP 頁面實時顯示溫濕度 光照強度 土壤濕度數(shù)值 用戶可以通過電腦或手機瀏覽器隨時查看現(xiàn)場數(shù)據(jù) 對農(nóng) 業(yè)系統(tǒng)進行實時監(jiān)測 該監(jiān)測系統(tǒng)簡單易操作 成本低 智能化程度高 十分適用于普通的農(nóng)民大眾 關(guān)鍵詞 溫室大棚 智能農(nóng)業(yè) 嵌入式 傳感器 中圖分類號 TP212 文獻標志碼 A 文章編號 1672 3872 2020 06 0028 02 作者簡介 劉錦 1993 女 陜西西安人 碩士 助教 研究方向 電子信息工程 遙感圖像處理 隨著社會的不斷發(fā)展 傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式已經(jīng)不能滿 足經(jīng)濟發(fā)展需求 智能農(nóng)業(yè) 1 成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢 智能農(nóng) 業(yè)通過溫濕度 光照 土壤濕度等傳感器 對農(nóng)作物采集的 數(shù)據(jù)進行分析 自動開啟或關(guān)閉指定設(shè)備 加熱 加濕 光照 澆灌設(shè)備等 用戶可以通過電腦或手機隨時查看現(xiàn)場數(shù)據(jù) 光照 濕度和溫度是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要參數(shù) 如果控 制不當 將大幅度影響農(nóng)作物生長發(fā)育 造成農(nóng)作物產(chǎn)量降 低 2 溫室大棚這種生產(chǎn)方式通過智能化的監(jiān)測技術(shù)可以有 效控制農(nóng)作物的生長環(huán)境 同時存在成本高 技術(shù)復(fù)雜 要 求操作人員比較專業(yè)等缺點 文章基于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計了一 款智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng) 實現(xiàn)對溫室內(nèi)溫度 濕度以及光照強 度的實時監(jiān)測 1 傳感器 傳感器能提取外界信息 并完成檢測任務(wù) 1 1 傳感器的選擇 1 溫濕度傳感器 2 光照傳感器 3 土壤濕度傳感器 1 2 傳感器參數(shù) 1 2 1 DHT11 DHT11是一款已校準的溫濕度復(fù)合傳感器 其基本參數(shù)如 表1所示 DHT11的實物圖如圖1所示 供電電壓 3 3 5V DC 輸出類型 單總線串行輸出 濕度測量范圍 20 90 RH 濕度測量精度 5 RH 濕度分辨率 1 RH 溫度測量范圍 0 50 溫度測量精度 2 溫度分辨率 1 DHT11的引腳說明如表2所示 表 1 DHT11 基本參數(shù) 表 2 DHT 引腳說明 圖 1 DHT11 實物圖 Pin 名稱 注釋 1 VDD 供電3 5 5V DC 2 DATA 串行數(shù)據(jù) 單總線 3 NC 空腳 請懸空 4 GND 接地 電源負極 1 2 2 BH1750FVI BH1750FVI是一款已校準的溫濕度復(fù)合傳感器 其最大額 定參數(shù)如表3所示 表 3 BH1750FVI 最大額定參數(shù) 表 4 BH1750FVI 運行條件 參數(shù) 額定值 供電電壓 4 5V DC 反向電流 7mA 功率損耗 260MW 運行溫度 40 85 BH1750FVI運行條件如表4所示 參數(shù) 符號 最小值 時間 最大值 V CC 電壓 V CC 2 4V 3 0 3 6V I 2 C參考電壓 V DVI 1 65V V CC BH1750FVI實物圖如圖2所示 圖 2 BH1750FVI 實物圖 1 2 3 土壤濕度傳感器 土壤濕度傳感器采用FDR頻域反射原理 其技術(shù)參數(shù)如 表5所示 土壤濕度傳感器技術(shù)實物圖如圖3所示 2 微處理器 該智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)選擇Arduino UNO微處理器 2 1 Arduino 簡介 Arduino 3 能通過傳感器來感知環(huán)境 通過控制燈光 馬 農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣 29 Agricultural Popularization2020 年 3 月下 智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖5所示 表 5 土壤濕度傳感器技術(shù)參數(shù) 圖 3 土壤濕度傳感器實物圖 圖 4 Arduino UNO 實物圖 表 6 Arduino UNO 技術(shù)參數(shù) 圖 5 硬件結(jié)構(gòu)圖 圖 6 系統(tǒng)測試結(jié)果圖 參數(shù) 額定值 工作電壓 5 12V DC 工作電流 21 26mA 測量精度 3 工作溫度范圍 30 80 測量區(qū)域 以中央探針為中心 直徑為7cm 高7cm的圓柱體 測量穩(wěn)定時間 2s 達和其他裝置來反饋 影響環(huán)境 2 2 Arduino 的特點 1 跨平臺 2 簡單清晰 3 開放性 2 3 2Arduino UNO 開發(fā)板 Arduino UNO 4 是基于 ATmega328P 的 Arduino 開發(fā)板 其實物圖如圖4所示 技術(shù)參數(shù)如表6所示 型號 Arduino UNO 工作電壓 5V 輸入電壓 推薦 7 12V 輸入電壓 極限 6 20V 數(shù)字I O引腳 14 PWM通道 6 模擬輸入通道 6 每個I O直流輸出能力 20mA Flash 32kB SRAM 2kB EEPROM 1kB 時鐘速度 16MHz 5 結(jié)束語 該智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)使用多個傳感器采集外界環(huán)境信 息 Arduino Uno微處理器作為主控芯片 并通過網(wǎng)絡(luò)模塊 W5100 實現(xiàn)它與Web服務(wù)器的連接 最后瀏覽器顯示由Web 服務(wù)器發(fā)送的環(huán)境數(shù)據(jù) 用戶可以通過電腦或手機瀏覽器隨 時查看現(xiàn)場數(shù)據(jù) Arduino Uno微處理器不需要設(shè)計專門的顯示電路 使硬 件電路設(shè)計簡單 成本降低 W5100網(wǎng)絡(luò)模塊實現(xiàn)Web服務(wù)器 與Arduino微處理器遠程交互式通信 通過JAVA程序設(shè)計 使簡單的電路可完成復(fù)雜的功能 不需要專門設(shè)計顯示電路 系統(tǒng)設(shè)計成本降低 該系統(tǒng)還具有遠距離測量 反應(yīng)快 測 量精度高 分辨力高的優(yōu)點 參考文獻 1 陳一飛 高萬林 齊凱 等 現(xiàn)代智能農(nóng)業(yè)技術(shù)引領(lǐng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化 進程初探 J 農(nóng)機化研究 2014 8 1 4 2 任碩果 基于移動互聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā) J 信息與電腦 理論版 2017 2 149 150 3 董曉晨 劉衛(wèi)平 皮婷婷 等 基于 FDR 原理的土壤氮含量檢測 方法研究 J 中國農(nóng)學(xué)通報 2014 30 36 204 210 4 陳清 一款適合菜鳥級創(chuàng)客應(yīng)用的開發(fā)軟件 Linkboy J 中國信 息技術(shù)教育 2018 19 82 84 5 張銀鴻 閔建 莊建 等 基于以太網(wǎng)的多協(xié)議溫濕度采集系統(tǒng) 研制 J 核電子學(xué)與探測技術(shù) 2015 35 5 478 482 6 吳文慶 計算機軟件 JAVA 編程優(yōu)勢及其應(yīng)用研究 J 職業(yè)技術(shù) 2019 18 7 96 99 7 劉娜 王艷春 孫長偉 基于 STM32 和 Web 服務(wù)器的庫房安全監(jiān) 測設(shè)計 J 山西能源學(xué)院學(xué)報 2017 1 215 217 收稿日期 2019 12 10 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計方案 該系統(tǒng)采用Arduino Uno微處理器作為主控 溫濕度傳 感器DHT11 光照傳感器BH1750FVI 土壤濕度傳感器作為環(huán) 境檢測模塊 蜂鳴器作為報警裝置 最后瀏覽器顯示由Web 服務(wù)器發(fā)送的溫濕度 光照強度 土壤濕度數(shù)據(jù) 用戶可以 通過電腦或手機瀏覽實時監(jiān)測現(xiàn)場數(shù)據(jù) 5 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計方案 首先本系統(tǒng)采用JAVA語言 6 用PC機搭建了一個Web 服務(wù)器平臺 7 通過網(wǎng)絡(luò)模塊W5100 實現(xiàn)Arduino UNO微處 理器與Web服務(wù)器的連接 農(nóng)作物生長環(huán)境的溫濕度 光照 強度 土壤濕度等數(shù)據(jù)經(jīng)Arduino UNO微處理器采集后 通 過網(wǎng)絡(luò)模塊W5100傳送到Web服務(wù)器 服務(wù)器上的程序?qū)@ 些數(shù)據(jù)進行分析處理 最后通過JSP頁面實時顯示各數(shù)值 如圖6所示 并且當測量數(shù)據(jù)超過設(shè)定的閾值時 Arduino Uno微處理器輸出控制信號開啟或關(guān)閉控制開關(guān) 控制相應(yīng)的 指定設(shè)備 對溫濕度 光照 土壤濕度進行智能調(diào)節(jié)