DOI 10 19392 j cnki 1671 7341 202032006 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能蔬菜大棚遠程控制系統(tǒng)研究 韋明崢 1 凌加平 1 周俊男 1 李克儉 1 田敬北 2 1 廣西科技大學電氣與信息工程學院 廣西柳州 545000 2 廣西科技大學工程訓練中心 廣西柳州 545000 摘 要 蔬菜大棚可以廣泛用于特定作物的耕作 但是傳統(tǒng)的蔬菜大棚存在以下問題 大棚室內(nèi)數(shù)據(jù)需人工查看 人工 補充 自動化程度低 一套蔬菜大棚智能控制系統(tǒng)價格昂貴 成本高 不利于大面積使用 對多個大棚監(jiān)控不足 不方便集中管 理等等 為解決上述問題 研究了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的蔬菜大棚遠程控制系統(tǒng) 對溫濕度 光強等數(shù)據(jù)實時采集的同時 將數(shù)據(jù) 通過ZigBee無線傳輸技術發(fā)送到機智云平臺 用戶在平臺上可用PC端或安卓手機APP 設置自動監(jiān)控或手動監(jiān)控 對大棚室 內(nèi)環(huán)境進行補償 經(jīng)實驗證明 本系統(tǒng)的設計實現(xiàn)了遠程對蔬菜大棚室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集 處理 補償 顯示 可滿足農(nóng)業(yè)上 對蔬菜大棚的自動化監(jiān)控要求 并具有性價比高 方便集中式監(jiān)控的特點 關鍵詞 物聯(lián)網(wǎng) Zig Bee A M 傳感器 蔬菜大棚 隨著社會的變遷 我國農(nóng)業(yè)發(fā)展已從原有的單純追求質(zhì) 量變?yōu)樽非髢?yōu)產(chǎn) 優(yōu)質(zhì) 高效 智能化大棚的出現(xiàn)使人們開 始重視農(nóng)業(yè)科技 由于種植環(huán)境中的溫濕度 光照度 二氧 化碳濃度等環(huán)境因子對作物生長有很大的影響 通過蔬菜大 棚為作物創(chuàng)造一個可控的種植環(huán)境雖然可以提高作物產(chǎn)量 但如果沒有大棚環(huán)境遠程監(jiān)控系統(tǒng)的應用 蔬菜大棚的管理 成本和設施成本都相當高 而且人工管理始終不如智能管理 方便和精準 綜上分析 由于我國農(nóng)村的蔬菜大棚還是處于欠發(fā)展狀 態(tài) 我國有蔬菜大棚歷史的農(nóng)村 迫切需要一套遠程蔬菜大 棚控制系統(tǒng) 為此本項目研究了一套基于物聯(lián)網(wǎng)的蔬菜大棚 遠程控制系統(tǒng) 對蔬菜大棚的環(huán)境做一個有效的管理以達到 更高的經(jīng)濟效益 1 總體方案設計 本系統(tǒng)致力于我國農(nóng)村蔬菜大棚研究 通過對國內(nèi)國外 資料的搜集與研究 針對蔬菜大棚發(fā)展的實際情況 確定系 統(tǒng)的組成模塊 然后對電路控制系統(tǒng)進行設計與制作 整個 系統(tǒng)示意圖如圖1所示 圖1 系統(tǒng)示意圖 本設計采用的是扇形設計 這樣方便卷簾收放 可以達 到很好的散熱與補光效果 由A M 控制整個系統(tǒng)的運作 通 過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送與接收 蔬菜大棚室內(nèi)數(shù)據(jù)經(jīng)過云端 服務器發(fā)送到用戶終端 手機APP 用戶實時監(jiān)控蔬菜大棚 室內(nèi)環(huán)境 維持蔬菜大棚室內(nèi)生長所需要的環(huán)境 系統(tǒng)各模塊功能如下 1 使用溫度傳感器 濕度傳感器 CO 2 濃度傳感器 光 強傳感器 pH傳感器等傳感器搜集數(shù)據(jù) 向控制中心傳達信 息 以保證大棚室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量 2 使用TFT LCD液晶屏顯示環(huán)境數(shù)據(jù) 使用太陽能與 蓄電池一起進行系統(tǒng)供電 進行實時數(shù)據(jù)顯示與系統(tǒng)供能 3 使用A M作為控制核心 對采集的數(shù)據(jù)進行處理 使執(zhí)行系統(tǒng)的卷簾機 風機 灌溉系統(tǒng) 二氧化碳補償器等能 進行自動起 停或定時開啟 進行各項數(shù)據(jù)的補充與縮減 4 借助機智云服務平臺實現(xiàn)產(chǎn)品手機 APP 的開發(fā)及 數(shù)據(jù)點的接入與設置 用戶通過安卓手機 APP 遠程發(fā)送命 令使系統(tǒng)進行工作 實現(xiàn)遠程人機交互 2 系統(tǒng)硬件設計 本系統(tǒng)主要的硬件電路包括 STM32F 103ZET6 核心主 控電路 ESP8266Wi Fi 模塊連接電路 CC2530 數(shù)據(jù)采集電 路 TFT LCD顯示電路 繼電器控制電路 傳感器模塊包括 GY 39溫濕度光強度傳感器 CCS811 二氧化碳傳感器 賽 通ST T PH土壤酸堿度傳感器等 來檢測環(huán)境參數(shù) 執(zhí)行 器件包括風機 卷簾 灌溉水泵 補光燈等 圖 2 為總體硬 件設計圖 圖2 總體硬件設計圖 21 科技創(chuàng)新 科技風2020年11月 3 系統(tǒng)軟件設計 除了硬件設計 本項目還需要進行軟件設計 才能實現(xiàn) 蔬菜大棚遠程控制與聯(lián)網(wǎng)等功能 本項目是通過 ZigBee 網(wǎng) 絡來進行一個整體的網(wǎng)絡連接 通過集中循環(huán)采集傳感器數(shù) 據(jù) 然后實時遠程發(fā)送數(shù)據(jù)給主控進行數(shù)據(jù)處理 經(jīng)過處理 后的數(shù)據(jù)經(jīng)過與蔬菜生長需求環(huán)境數(shù)據(jù)相比較 如果數(shù)據(jù)相 差大就自動進行執(zhí)行裝置的補償 也可進行人工調(diào)整 不斷 檢測不斷的補償 使大棚內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)達到一個穩(wěn)態(tài)平衡 系 統(tǒng)軟件設計的主要結(jié)構(gòu)框圖如圖3 圖3 系統(tǒng)軟件設計主要結(jié)構(gòu)框圖 本系統(tǒng)采集的傳感器數(shù)據(jù)匯集到 CC2530 再由 CC2530 發(fā)送到STM32F 103ZET6單片機 把采集到的數(shù)據(jù)在 LCD液 晶屏上現(xiàn)場顯示 單片機再與 ESP8266Wi Fi 模塊進行通訊 ESP8266Wi Fi與路由器網(wǎng)絡連接 進而連接互聯(lián)網(wǎng) 用戶就 可以實時通過互聯(lián)網(wǎng)訪問機智云平臺進行監(jiān)控 進而實現(xiàn)遠 程控制 主控程序控制流程圖如圖4 圖4 主控程序流程圖 4 驗證 本系統(tǒng)以適宜大白菜生長環(huán)境為例 控制蔬菜大棚環(huán) 境參數(shù) 生長溫度范圍是 15 10 C 光照需求為中等強度 光合補償點為1500Lx 25umol m 2 s 光飽和點為 4000Lx 950umol m 2 s 土壤 pH 需為中性或弱酸性 pH 值 6 5 7 0 含水量保持在 16 18 空氣中 CO 2 濃度在 1000uL L左右 通過對整個系統(tǒng)的搭建 進行執(zhí)行裝置的 動態(tài)調(diào)控 蔬菜大棚室內(nèi)環(huán)境能穩(wěn)定在適合大白菜生長的 環(huán)境范圍內(nèi) 在機智云平臺經(jīng)過注冊登錄 選擇技術方案以及創(chuàng)建產(chǎn) 品之后 平臺會對應的生成手機APP 經(jīng)過手機APP 上的環(huán) 境參數(shù)調(diào)控 蔬菜大棚內(nèi)的執(zhí)行裝置會進行相應的參數(shù)補 償 維持蔬菜大棚內(nèi)的適合當前農(nóng)作物的生長環(huán)境 手機 APP 界面圖如圖5所示 圖5 手機APP 界面顯示圖 5 結(jié)語 經(jīng)試驗證明 本系統(tǒng)設計合理 功能性較強 系統(tǒng)工作整 體穩(wěn)定 較好地達到了設計目標 手機 APP 設置界面友好 操作簡單 能較好地控制蔬菜大棚內(nèi)的溫濕度 光強 二氧化 碳等環(huán)境參數(shù) 同時本系統(tǒng)還可以外接其他設備 未來可以 在此基礎上進行完善 如自動化施肥 除草等 通過更快更密 集的無線網(wǎng)絡進行補充控制 采用更為復雜的手機終端管理 等等 參考文獻 1 高蒙 基于機智云平臺的遠程監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)關鍵技 術研究 D 西安理工大學 2019 2 張儷亭 楊習偉 基于單片機的蔬菜大棚溫濕度自動 控制系統(tǒng)設計 J 無線互聯(lián)科技 2018 15 24 41 42 3 汪曉樂 基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的智能溫室系統(tǒng)設計 D 武漢輕工大學 2018 4 李瑋瑤 王建璽 王巍 基于 ZigBee 的蔬菜大棚環(huán)境 監(jiān)控系統(tǒng)設計 J 現(xiàn)代電子技術 2015 38 12 51 54 5 楊銓 蔬菜大棚溫度遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計 J 企業(yè) 科技與發(fā)展 2011 21 90 92 作者簡介 韋明崢 1996 男 壯族 廣西來賓人 本 科 研究方向 自動控制 凌加平 1996 男 壯族 廣西隆 安人 本科 研究方向 測控技術與儀器 周俊男 1996 男 壯族 廣西恭城人 本科 研究方向 軌道交通信號與控 制 李克儉 1962 女 漢族 湖北武漢人 本科 教授 研究 方向 過程控制及自動化裝置 田敬北 1975 男 壯族 廣 西上林人 碩士 高級實驗師 研究方向 信號與信息處理及 電子技術方面 31 科技風2020年11月 科技創(chuàng)新