一種智能溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)的設計.pdf
26 27 科技資訊 SCIENCE TECHNOLOGY INFORMATION 科技資訊 2020 NO 06 SCIENCE TECHNOLOGY INFORMATION 信 息 技 術 DOI 10 16661 ki 1672 3791 2020 06 026 一種智能溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)的設計 喬占通 趙娟 荊楚理工學院電子信息工程學院 湖北荊門 448000 摘 要 隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展 智能溫室大棚的應用越來越普遍 主要是利用無線通信技術 無線識別技術和智能處 理技術實現(xiàn)對植物生長環(huán)境的全面感知 可靠傳輸和智能處理 該文所設計的基于ZigBee技術的智能溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng) 能夠對棚內植被進行溫濕度 營養(yǎng)成分和光照強度等參數(shù)進行有效監(jiān)控 再通過ZigBee技術獎數(shù)據(jù)匯聚到協(xié)調器 協(xié)調 器將數(shù)據(jù)傳給控制中心 從而實現(xiàn)自動施肥 自動澆水 自動除濕等功能 關鍵詞 智能溫室大棚 ZigBee技術 溫濕度監(jiān)控 中圖分類號 S625 3 文獻標識碼 A 文章編號 1672 3791 2020 02 c 0026 02 植物生長與陽光 水分和營養(yǎng)有著密切關系 合適的 環(huán)境能夠大幅度提高植物生長周期和產(chǎn)量 智能大棚無疑 是可以實現(xiàn)這種環(huán)境的 主要通過短距離傳輸協(xié)議ZigBee 的組網(wǎng) 溫濕度采集和上位機程序設計 及時對大棚內環(huán) 境 進 行 相 應 調 整 達 到 最 佳 狀 態(tài) 實 現(xiàn) 經(jīng) 濟 可 靠 高 效 的 溫濕度監(jiān)控 為解決大棚溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設計提供參考 方案 1 系統(tǒng)整體方案 該設計采用傳感器感知環(huán)境 ZigBee協(xié)議傳輸數(shù)據(jù) 單片機作為控制中心 根據(jù)農作物需求設置報警裝置 從 而實現(xiàn)智能化處理 系統(tǒng)主要包含溫度采集模塊 數(shù)據(jù)匯 聚和傳輸模塊 實時監(jiān)控模塊幾個部分 首先通過各個節(jié) 點對溫濕度進行數(shù)據(jù)采集 然后匯聚控制中心 控制中心 接收到數(shù)據(jù)后和設定的閾值進行比較 如果超出設定范 圍則報警 并找出解決方案 再通過控制中心傳給各個端 口采取相應的解決措施 如果數(shù)據(jù)正常再通過控制中心匯 聚到路由器 并進行相應傳輸 再通過協(xié)調器串口把數(shù)據(jù) 傳送到電腦終端 利用ZigBee的自組網(wǎng)和多網(wǎng)絡節(jié)點功能特點 智能大 棚在擴展時很容易實現(xiàn)溫濕度的監(jiān)控問題 該設計采用 CC2530芯片作為智能大棚的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的控制核 心 DHT11芯片進行溫濕度傳感器進行采集數(shù)據(jù) 通過上 位機把采集的數(shù)據(jù)實時地顯示并保存 再通過協(xié)調器節(jié) 點進行數(shù)據(jù)匯聚并通過上位機進行處理后傳輸給用戶終 端 該設計要求數(shù)據(jù)傳輸距離有障礙時在10 100m范圍 內 無障礙時在200m以上 溫濕度傳感器的誤差范圍小于 等 于 1 數(shù) 據(jù) 存 儲 時 間 以 7 d 為 周 期 進 行 報 警 通 過 外 接音 響設備進行 2 系統(tǒng)硬件設計 系統(tǒng)硬件設計主要包括CC2530控制電路 傳感器數(shù) 據(jù)采集電路 數(shù)據(jù)傳輸電路 顯示電路 電源電路幾個部 分 系統(tǒng)整體硬件電路如圖1所示 內部電源是3 3V 外部 電源是5V 故需一個電源轉換模塊 實現(xiàn)5V到3 3V的轉 換 溫濕度采集電路采用溫度和濕度復合的數(shù)字信號輸 基金項目 湖北省教育廳科學研究計劃項目 荊門市農谷信息化監(jiān)控技術需求與頂層方案設計 項目編號 B20182 41 2018年中國農谷發(fā)展研究中心立項課題 荊門市農業(yè)信息化監(jiān)控技術需求調研 項目編號 2019zg ng07 2018年中國農谷發(fā)展研究中心立項課題 互聯(lián)網(wǎng) 農民 產(chǎn)業(yè)需求調研 項目編號 9zgng08 校級科研項目 基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能灌溉控制系統(tǒng)研究 項目編號 YB201701 湖北省高校學生工作精 品項目 面向過程和成果導向的大學生學習目標規(guī)劃管理 項目編號 2019XGJPB3013 教學研究項目 九淵計劃 拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式構建與實踐 JX2019 008 教學研究項目 面向過程和成果導向教育 的計算機科學與技術專業(yè)實踐課程教學與實踐 JX2019 034 作者簡介 喬占通 1997 12 男 漢族 河北邢臺人 本科在讀 主要從事物聯(lián)網(wǎng)技術方向研究 趙娟 1979 1 女 漢族 河南信陽人 碩士 副教授 主要從事通信與信息系統(tǒng)方向研究 圖1 系統(tǒng)硬件電路 下轉28頁 28 29 科技資訊 SCIENCE TECHNOLOGY INFORMATION 科技資訊 2020 NO 06 SCIENCE TECHNOLOGY INFORMATION 信 息 技 術 具體的可靠度的計算機算法來幫助構建計算網(wǎng)絡可靠程 度 事實上 傳統(tǒng)的計算機可靠度的算法是依據(jù)于不交合 算法等 但是不交合算法需要一個前提的條件 也就是計 算機網(wǎng)絡正常運行最少部件合的數(shù)量 古人的想法是十 分明智的 甚至是已經(jīng)很簡潔了 但是現(xiàn)代的人不甘心與傳 統(tǒng)的算法據(jù)此提出了新的算法 狀態(tài)枚舉法 此算法 的原理是利用計算機網(wǎng)絡在對應標準下政策運行所有排 斥事件 同時根據(jù)公式來計算計算機網(wǎng)絡的可靠程度 現(xiàn) 在隨著大家對于計算機算法中眾多網(wǎng)絡狀態(tài)的數(shù)目認識 我們會發(fā)現(xiàn)在此算法中數(shù)目的數(shù)量 在以指數(shù)的形式不斷 上漲 所以采用狀態(tài)枚舉法對整體的網(wǎng)絡進程的一個核 算是十分具有可靠性的 但是我們也要面對一個現(xiàn)實的問 題 就是它的難度伴隨著算法模式的升級也有了一定的提 高 而且對于計算人員來說 算法的創(chuàng)新和計算強度的過 大 都不宜得出正確的算法 也不利于計算機可靠性的維 持 3 2 容斥原理法 容斥原理法的工作原理事實上它是一種計算方法 這 種算法是在先不考慮重疊情況下 然后把包含與某種內容 得所有對象的數(shù)目先計算出來 然后再把計數(shù)是重復計算 的 數(shù) 目 排 斥 出 去 在 計 算 機 網(wǎng) 絡 的 構 建 中 容 斥 原 理 用 法 是 利用最小路集合并來消除相容事件內容 其實就是通過 實現(xiàn)可靠性的程度算法在一定程度上擴大計算機網(wǎng)絡可 靠性的領域 將總體計算機的容錯率拉至一個新的高度 3 3 不交積和法 不交積和法的基本工作原理是通過數(shù)學理論上的不 交積和定理方式將計算機網(wǎng)絡的可靠度算法再度創(chuàng)新 總 體來看 它基本的算法思路是在將所有最小路集合并 之 后并化彼此相交而實現(xiàn)不交積和法在網(wǎng)絡可靠度的整體 核算運行 這種方式 其實是在前一算法的基礎上又提出 了一些完善意見 同時也為計算機網(wǎng)絡可靠性提出更多算 法的選擇 4 結語 計算機網(wǎng)絡體系的搭建 對于推動國家在國際中的創(chuàng) 新地位是十分有利的 創(chuàng)新領導力的重要體現(xiàn)是在計算機 網(wǎng)絡的開拓上 我們通過維護計算機網(wǎng)絡可靠性來提高一 些信息的穩(wěn)固性 也防止了一些損害國家的不法分子通過 計算機網(wǎng)絡來竊取一些重要信息 在現(xiàn)今多元化的時代 計算機網(wǎng)絡的可靠性早已經(jīng)和每個人息息相關 我們需要 在關注自身發(fā)展的同時也應更好地關注國際中計算機網(wǎng) 絡可靠性算法的發(fā)展 參考文獻 1 謝楷琦 計算機網(wǎng)絡可靠性的影響因素與對策探討 J 通訊世界 2019 26 1 115 116 2 郭敦 基于計算機網(wǎng)絡可靠性的方法學討論 J 金陵科 技學院學報 2018 34 4 56 59 3 劉政 歐鷗 黃媛媛 等 提高計算機網(wǎng)絡可靠性的方法研 究 J 電腦知識與技術 學術交流 2016 12 3 38 39 出傳感器DHT11和ZigBee模塊組成 數(shù)據(jù)傳輸電路采用 CC2530芯片來完成 是一種集成51單片機內核的開發(fā)板 數(shù)據(jù)接口通信電路采用CH340G芯片構成USB串口通信進 行傳輸 外部電路與一個晶振和幾個電容電阻 智能溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)主要是進行溫濕度檢測 網(wǎng) 絡安全傳輸和智能監(jiān)控 首先傳感器進行溫濕度數(shù)據(jù)采 集 然后經(jīng)過控制單片機處理后由天線發(fā)射出去 發(fā)射的 數(shù)據(jù)經(jīng)過ZigBee無線傳輸匯聚到協(xié)調器上 協(xié)調器通過 串口與電腦進行通信 其中傳感器節(jié)點是ZigBee網(wǎng)絡終 端節(jié)點 它可以根據(jù)用戶需要隨意增減 系統(tǒng)的硬件設計 部分包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸兩個部分的設計 數(shù)據(jù)采 集部分的工作是用DH11傳感器采集大棚溫濕度值 然后 送到CC2530單片機的發(fā)送緩沖區(qū) 數(shù)據(jù)傳輸部分由多個 CC2530模塊 各模塊把數(shù)據(jù)從發(fā)生緩沖區(qū)中經(jīng)天線發(fā)生 出來 延著距離最短的路徑把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽f(xié)調器 協(xié)調器 匯聚各節(jié)點的數(shù)據(jù)后經(jīng)串口上傳到電腦 監(jiān)控軟件收到協(xié) 調器上傳的數(shù)據(jù)后實時顯示出來 3 系統(tǒng)軟件設計 系統(tǒng)軟件設計主要包括系統(tǒng)結構及流程圖設計 系 統(tǒng)結構包括接入和接出兩個過程 先給協(xié)調器上電 建立 ZigBee網(wǎng)絡并進行相應的身份認證 再進行空閑通道掃 描 使用沒有其他網(wǎng)絡使用的空閑通道 并提供身份認真 信息 確認后即可接入網(wǎng)絡 同時指定Cluster Tree的拓撲 參數(shù) 包括最大節(jié)點數(shù) 的幻術層數(shù) 路由表生命周期和路 由算法 任何一個節(jié)點接入網(wǎng)絡后 可從其父節(jié)點上查自己 的物理地址 ZigBee網(wǎng)絡地址和協(xié)調器指定的拓撲參數(shù) 同理 節(jié)點接出網(wǎng)絡時 只需向其父節(jié)點提出請求 節(jié)點成 功地接收子節(jié)點或者子節(jié)點成功地從網(wǎng)絡中斷開時 都須 向協(xié)調器匯報 因此 協(xié)調器可以隨時掌握網(wǎng)絡的所有節(jié) 點信息 維護網(wǎng)絡信息庫PIB 網(wǎng)絡組建過程主要包括網(wǎng)絡初始化 主節(jié)點網(wǎng)絡配 置 從節(jié)點入網(wǎng)3個過程 上位機軟件設計采用Visual Basic語言進行 主要完成對每個節(jié)點信息的匯總與顯示 采集到的數(shù)據(jù)通過串口讀入 并創(chuàng)建Excel文件用來保存 數(shù)據(jù) 同時數(shù)據(jù)可以實時地顯示在文本框中 為了起提醒 作用還設計了報警功能 在每個節(jié)點溫濕度值后可以根據(jù) 用戶需要設計相應的報警范圍 4 結語 該設計采用基于ZigBee的智能溫濕度監(jiān)控系統(tǒng) 解決 了傳統(tǒng)大棚數(shù)據(jù)采集繁瑣 維護不便 傳輸不可靠等不利 因素 經(jīng)過測試其性能良好 能夠在語言環(huán)境中正常實現(xiàn) 程序的運行 硬件顯示也正常 實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的正常采集 傳 輸和控制 系統(tǒng)運行穩(wěn)定 實時性和溫濕度準確性達實際 應用要求 參考文獻 1 任小洪 樂英高 ZigBee技術在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的應用研 究 J 單片機與嵌入式系統(tǒng)應用 2011 4 10 12 2 張思俊 徐冬冬 王樂樂 等 基于ZigBee無線傳感器網(wǎng) 絡在家居電器監(jiān)控中的應用 J 電腦知識與技術 2012 8 7 1500 1501 1510 3 王福平 楊國威 趙雷 基于模糊控制技術的智能節(jié)水灌 溉系統(tǒng)設計 J 人民黃河 2017 1 141 144 4 杜岳濤 楊娜娜 董綿綿 基于ZigBee的糧倉溫濕度監(jiān)測 系統(tǒng)設計 D 電子測試 2016 9 39 40 5 潘澤鋒 徐玉菁 葉桂成 等 智能多肉植物養(yǎng)護系統(tǒng)的設 計和實現(xiàn) J 無線互聯(lián)科技 2017 7 50 51 上接26頁