温室大棚智能监测系统.pdf

28 农业技术推广 Agricultural Popularization 2020 年 3 月下 温室大棚智能监测系统 刘 锦 陕西国防工业职业技术学院电子工程学院 陕西 西安 710300 摘 要 在传统农业生产活动中 农民浇水灌溉 施肥 打药等全凭积累的经验 这样落后的生产方式已经渐渐不能满足人类的需求 随着农 业现代化的发展 温室大棚 无土栽培等生产方式渐渐出现 然而 普通的农民难以应用这些先进的生产技术 文章设计了一款经济易操作的智 能农业监测系统 主要应用于温室大棚 该系统基于嵌入式系统设计方法 采用 Arduino UNO 微处理器作为系统的主控芯片 使用温湿度传感器 DHT11 光照传感器 BH1750FVI 和土壤湿度传感器作为外界环境监测模块 使用网络模块 W5100 将数据传送到用 PC 机搭建的 Web 服务器平台 程 序对数据进行分析处理后 通过 JSP 页面实时显示温湿度 光照强度 土壤湿度数值 用户可以通过电脑或手机浏览器随时查看现场数据 对农 业系统进行实时监测 该监测系统简单易操作 成本低 智能化程度高 十分适用于普通的农民大众 关键词 温室大棚 智能农业 嵌入式 传感器 中图分类号 TP212 文献标志码 A 文章编号 1672 3872 2020 06 0028 02 作者简介 刘锦 1993 女 陕西西安人 硕士 助教 研究方向 电子信息工程 遥感图像处理 随着社会的不断发展 传统的农业生产方式已经不能满 足经济发展需求 智能农业 1 成为农业发展的趋势 智能农 业通过温湿度 光照 土壤湿度等传感器 对农作物采集的 数据进行分析 自动开启或关闭指定设备 加热 加湿 光照 浇灌设备等 用户可以通过电脑或手机随时查看现场数据 光照 湿度和温度是影响农业生产的重要参数 如果控 制不当 将大幅度影响农作物生长发育 造成农作物产量降 低 2 温室大棚这种生产方式通过智能化的监测技术可以有 效控制农作物的生长环境 同时存在成本高 技术复杂 要 求操作人员比较专业等缺点 文章基于嵌入式系统设计了一 款智能农业监测系统 实现对温室内温度 湿度以及光照强 度的实时监测 1 传感器 传感器能提取外界信息 并完成检测任务 1 1 传感器的选择 1 温湿度传感器 2 光照传感器 3 土壤湿度传感器 1 2 传感器参数 1 2 1 DHT11 DHT11是一款已校准的温湿度复合传感器 其基本参数如 表1所示 DHT11的实物图如图1所示 供电电压 3 3 5V DC 输出类型 单总线串行输出 湿度测量范围 20 90 RH 湿度测量精度 5 RH 湿度分辨率 1 RH 温度测量范围 0 50 温度测量精度 2 温度分辨率 1 DHT11的引脚说明如表2所示 表 1 DHT11 基本参数 表 2 DHT 引脚说明 图 1 DHT11 实物图 Pin 名称 注释 1 VDD 供电3 5 5V DC 2 DATA 串行数据 单总线 3 NC 空脚 请悬空 4 GND 接地 电源负极 1 2 2 BH1750FVI BH1750FVI是一款已校准的温湿度复合传感器 其最大额 定参数如表3所示 表 3 BH1750FVI 最大额定参数 表 4 BH1750FVI 运行条件 参数 额定值 供电电压 4 5V DC 反向电流 7mA 功率损耗 260MW 运行温度 40 85 BH1750FVI运行条件如表4所示 参数 符号 最小值 时间 最大值 V CC 电压 V CC 2 4V 3 0 3 6V I 2 C参考电压 V DVI 1 65V V CC BH1750FVI实物图如图2所示 图 2 BH1750FVI 实物图 1 2 3 土壤湿度传感器 土壤湿度传感器采用FDR频域反射原理 其技术参数如 表5所示 土壤湿度传感器技术实物图如图3所示 2 微处理器 该智能农业监测系统选择Arduino UNO微处理器 2 1 Arduino 简介 Arduino 3 能通过传感器来感知环境 通过控制灯光 马 农业技术推广 29 Agricultural Popularization2020 年 3 月下 智能农业监测系统的硬件结构图如图5所示 表 5 土壤湿度传感器技术参数 图 3 土壤湿度传感器实物图 图 4 Arduino UNO 实物图 表 6 Arduino UNO 技术参数 图 5 硬件结构图 图 6 系统测试结果图 参数 额定值 工作电压 5 12V DC 工作电流 21 26mA 测量精度 3 工作温度范围 30 80 测量区域 以中央探针为中心 直径为7cm 高7cm的圆柱体 测量稳定时间 2s 达和其他装置来反馈 影响环境 2 2 Arduino 的特点 1 跨平台 2 简单清晰 3 开放性 2 3 2Arduino UNO 开发板 Arduino UNO 4 是基于 ATmega328P 的 Arduino 开发板 其实物图如图4所示 技术参数如表6所示 型号 Arduino UNO 工作电压 5V 输入电压 推荐 7 12V 输入电压 极限 6 20V 数字I O引脚 14 PWM通道 6 模拟输入通道 6 每个I O直流输出能力 20mA Flash 32kB SRAM 2kB EEPROM 1kB 时钟速度 16MHz 5 结束语 该智能农业监测系统使用多个传感器采集外界环境信 息 Arduino Uno微处理器作为主控芯片 并通过网络模块 W5100 实现它与Web服务器的连接 最后浏览器显示由Web 服务器发送的环境数据 用户可以通过电脑或手机浏览器随 时查看现场数据 Arduino Uno微处理器不需要设计专门的显示电路 使硬 件电路设计简单 成本降低 W5100网络模块实现Web服务器 与Arduino微处理器远程交互式通信 通过JAVA程序设计 使简单的电路可完成复杂的功能 不需要专门设计显示电路 系统设计成本降低 该系统还具有远距离测量 反应快 测 量精度高 分辨力高的优点 参考文献 1 陈一飞 高万林 齐凯 等 现代智能农业技术引领农业现代化 进程初探 J 农机化研究 2014 8 1 4 2 任硕果 基于移动互联网的农业大棚环境监测系统设计与开发 J 信息与电脑 理论版 2017 2 149 150 3 董晓晨 刘卫平 皮婷婷 等 基于 FDR 原理的土壤氮含量检测 方法研究 J 中国农学通报 2014 30 36 204 210 4 陈清 一款适合菜鸟级创客应用的开发软件 Linkboy J 中国信 息技术教育 2018 19 82 84 5 张银鸿 闵建 庄建 等 基于以太网的多协议温湿度采集系统 研制 J 核电子学与探测技术 2015 35 5 478 482 6 吴文庆 计算机软件 JAVA 编程优势及其应用研究 J 职业技术 2019 18 7 96 99 7 刘娜 王艳春 孙长伟 基于 STM32 和 Web 服务器的库房安全监 测设计 J 山西能源学院学报 2017 1 215 217 收稿日期 2019 12 10 3 系统硬件设计方案 该系统采用Arduino Uno微处理器作为主控 温湿度传 感器DHT11 光照传感器BH1750FVI 土壤湿度传感器作为环 境检测模块 蜂鸣器作为报警装置 最后浏览器显示由Web 服务器发送的温湿度 光照强度 土壤湿度数据 用户可以 通过电脑或手机浏览实时监测现场数据 5 4 系统软件设计方案 首先本系统采用JAVA语言 6 用PC机搭建了一个Web 服务器平台 7 通过网络模块W5100 实现Arduino UNO微处 理器与Web服务器的连接 农作物生长环境的温湿度 光照 强度 土壤湿度等数据经Arduino UNO微处理器采集后 通 过网络模块W5100传送到Web服务器 服务器上的程序对这 些数据进行分析处理 最后通过JSP页面实时显示各数值 如图6所示 并且当测量数据超过设定的阈值时 Arduino Uno微处理器输出控制信号开启或关闭控制开关 控制相应的 指定设备 对温湿度 光照 土壤湿度进行智能调节