基于物联网的智能蔬菜大棚远程控制系统研究.pdf

DOI 10 19392 j cnki 1671 7341 202032006 基于物联网的智能蔬菜大棚远程控制系统研究 韦明峥 1 凌加平 1 周俊男 1 李克俭 1 田敬北 2 1 广西科技大学电气与信息工程学院 广西柳州 545000 2 广西科技大学工程训练中心 广西柳州 545000 摘 要 蔬菜大棚可以广泛用于特定作物的耕作 但是传统的蔬菜大棚存在以下问题 大棚室内数据需人工查看 人工 补充 自动化程度低 一套蔬菜大棚智能控制系统价格昂贵 成本高 不利于大面积使用 对多个大棚监控不足 不方便集中管 理等等 为解决上述问题 研究了一种基于物联网的蔬菜大棚远程控制系统 对温湿度 光强等数据实时采集的同时 将数据 通过ZigBee无线传输技术发送到机智云平台 用户在平台上可用PC端或安卓手机APP 设置自动监控或手动监控 对大棚室 内环境进行补偿 经实验证明 本系统的设计实现了远程对蔬菜大棚室内环境数据的采集 处理 补偿 显示 可满足农业上 对蔬菜大棚的自动化监控要求 并具有性价比高 方便集中式监控的特点 关键词 物联网 Zig Bee A M 传感器 蔬菜大棚 随着社会的变迁 我国农业发展已从原有的单纯追求质 量变为追求优产 优质 高效 智能化大棚的出现使人们开 始重视农业科技 由于种植环境中的温湿度 光照度 二氧 化碳浓度等环境因子对作物生长有很大的影响 通过蔬菜大 棚为作物创造一个可控的种植环境虽然可以提高作物产量 但如果没有大棚环境远程监控系统的应用 蔬菜大棚的管理 成本和设施成本都相当高 而且人工管理始终不如智能管理 方便和精准 综上分析 由于我国农村的蔬菜大棚还是处于欠发展状 态 我国有蔬菜大棚历史的农村 迫切需要一套远程蔬菜大 棚控制系统 为此本项目研究了一套基于物联网的蔬菜大棚 远程控制系统 对蔬菜大棚的环境做一个有效的管理以达到 更高的经济效益 1 总体方案设计 本系统致力于我国农村蔬菜大棚研究 通过对国内国外 资料的搜集与研究 针对蔬菜大棚发展的实际情况 确定系 统的组成模块 然后对电路控制系统进行设计与制作 整个 系统示意图如图1所示 图1 系统示意图 本设计采用的是扇形设计 这样方便卷帘收放 可以达 到很好的散热与补光效果 由A M 控制整个系统的运作 通 过物联网实现数据发送与接收 蔬菜大棚室内数据经过云端 服务器发送到用户终端 手机APP 用户实时监控蔬菜大棚 室内环境 维持蔬菜大棚室内生长所需要的环境 系统各模块功能如下 1 使用温度传感器 湿度传感器 CO 2 浓度传感器 光 强传感器 pH传感器等传感器搜集数据 向控制中心传达信 息 以保证大棚室内环境质量 2 使用TFT LCD液晶屏显示环境数据 使用太阳能与 蓄电池一起进行系统供电 进行实时数据显示与系统供能 3 使用A M作为控制核心 对采集的数据进行处理 使执行系统的卷帘机 风机 灌溉系统 二氧化碳补偿器等能 进行自动起 停或定时开启 进行各项数据的补充与缩减 4 借助机智云服务平台实现产品手机 APP 的开发及 数据点的接入与设置 用户通过安卓手机 APP 远程发送命 令使系统进行工作 实现远程人机交互 2 系统硬件设计 本系统主要的硬件电路包括 STM32F 103ZET6 核心主 控电路 ESP8266Wi Fi 模块连接电路 CC2530 数据采集电 路 TFT LCD显示电路 继电器控制电路 传感器模块包括 GY 39温湿度光强度传感器 CCS811 二氧化碳传感器 赛 通ST T PH土壤酸碱度传感器等 来检测环境参数 执行 器件包括风机 卷帘 灌溉水泵 补光灯等 图 2 为总体硬 件设计图 图2 总体硬件设计图 21 科技创新 科技风2020年11月 3 系统软件设计 除了硬件设计 本项目还需要进行软件设计 才能实现 蔬菜大棚远程控制与联网等功能 本项目是通过 ZigBee 网 络来进行一个整体的网络连接 通过集中循环采集传感器数 据 然后实时远程发送数据给主控进行数据处理 经过处理 后的数据经过与蔬菜生长需求环境数据相比较 如果数据相 差大就自动进行执行装置的补偿 也可进行人工调整 不断 检测不断的补偿 使大棚内环境数据达到一个稳态平衡 系 统软件设计的主要结构框图如图3 图3 系统软件设计主要结构框图 本系统采集的传感器数据汇集到 CC2530 再由 CC2530 发送到STM32F 103ZET6单片机 把采集到的数据在 LCD液 晶屏上现场显示 单片机再与 ESP8266Wi Fi 模块进行通讯 ESP8266Wi Fi与路由器网络连接 进而连接互联网 用户就 可以实时通过互联网访问机智云平台进行监控 进而实现远 程控制 主控程序控制流程图如图4 图4 主控程序流程图 4 验证 本系统以适宜大白菜生长环境为例 控制蔬菜大棚环 境参数 生长温度范围是 15 10 C 光照需求为中等强度 光合补偿点为1500Lx 25umol m 2 s 光饱和点为 4000Lx 950umol m 2 s 土壤 pH 需为中性或弱酸性 pH 值 6 5 7 0 含水量保持在 16 18 空气中 CO 2 浓度在 1000uL L左右 通过对整个系统的搭建 进行执行装置的 动态调控 蔬菜大棚室内环境能稳定在适合大白菜生长的 环境范围内 在机智云平台经过注册登录 选择技术方案以及创建产 品之后 平台会对应的生成手机APP 经过手机APP 上的环 境参数调控 蔬菜大棚内的执行装置会进行相应的参数补 偿 维持蔬菜大棚内的适合当前农作物的生长环境 手机 APP 界面图如图5所示 图5 手机APP 界面显示图 5 结语 经试验证明 本系统设计合理 功能性较强 系统工作整 体稳定 较好地达到了设计目标 手机 APP 设置界面友好 操作简单 能较好地控制蔬菜大棚内的温湿度 光强 二氧化 碳等环境参数 同时本系统还可以外接其他设备 未来可以 在此基础上进行完善 如自动化施肥 除草等 通过更快更密 集的无线网络进行补充控制 采用更为复杂的手机终端管理 等等 参考文献 1 高蒙 基于机智云平台的远程监控系统开发关键技 术研究 D 西安理工大学 2019 2 张俪亭 杨习伟 基于单片机的蔬菜大棚温湿度自动 控制系统设计 J 无线互联科技 2018 15 24 41 42 3 汪晓乐 基于农业物联网的智能温室系统设计 D 武汉轻工大学 2018 4 李玮瑶 王建玺 王巍 基于 ZigBee 的蔬菜大棚环境 监控系统设计 J 现代电子技术 2015 38 12 51 54 5 杨铨 蔬菜大棚温度远程监控系统的设计 J 企业 科技与发展 2011 21 90 92 作者简介 韦明峥 1996 男 壮族 广西来宾人 本 科 研究方向 自动控制 凌加平 1996 男 壮族 广西隆 安人 本科 研究方向 测控技术与仪器 周俊男 1996 男 壮族 广西恭城人 本科 研究方向 轨道交通信号与控 制 李克俭 1962 女 汉族 湖北武汉人 本科 教授 研究 方向 过程控制及自动化装置 田敬北 1975 男 壮族 广 西上林人 硕士 高级实验师 研究方向 信号与信息处理及 电子技术方面 31 科技风2020年11月 科技创新