蔬菜大棚温室农业无线监控系统的设计,园艺学论文.docx
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1、蔬菜大棚温室农业无线监控系统的设计,园艺学论文近年来,我们国家农业信息化技术的快速发展为精准农业的推广与施行奠定了基础,而物联网技术的应用与发展为农业生产环境信息的获取与调控提供了有力的工具与可靠的保证. 感悟农业 通过在温室内部署的传感器及无线采集、控制节点,将传感器采集到的实时环境信息发送到传感节点,然后通过有线或无线方式传输到上位机进行解析处理,并给予相应的调控,控制通风、灌溉、施肥等方式以改善农作物的生长环境1. 当前,智能温室工程作为农业当代化的一个重要组成部分,对我们国家农业的发展具有重要的意义,已经成为我们国家科技人员研究的重要课题2.随着人们生活水平的提高,温室蔬菜种植的规模在
2、我们国家发展特别迅速,成为城市居民菜篮的主要途径,也是农户增产创收的捷径之一.然而,温室大棚普遍存在着自动化水平较低、人力消耗大以及水肥资源浪费严重等众多问题. 为此,设计了一种温室农业无线监控系统.该系统采用 ALIENTEK STM32 作为主控制器,布置在大棚内部的传感器可实时检测室内温度、湿度、光照强度,同时单片机还将通过光敏传感器检测室外光照强度以控制大棚外卷帘机卷起或放下保温层.同时,该系统中参加了上位机控制系统,用户足不出户就能监视并控制大棚内部的情况,一定程度实现了农业生产的自动化,使农作物始终生长在适宜的环境中,解放了人力,节约了资源,提高了经济效益. 1 系统总体方案设计
3、系统主要由 4 个部分组成,分别是上位机软件、主控制板、大棚控制板和大棚采集板,如此图 1 所示. 1. 1 主控制板 主控制板主要由 ALIENTEK STM32 板、无线通信模块及 USB 串行端口模块组成,如此图 2 所示.主控制板负责对两个大棚传递上来的信息进行处理,打包之后发送给上位机,同时还负责将上位机下达的指令传递给两个温室大棚. 1. 2 大棚控制板 大棚控制板主要由 STC89C55 单片机、12864LCD显示、光耦、继电器,以及无线通信模块组成,如此图 3所示.大棚控制板负责控制大棚内部装置以及转发大棚采集板采集上来的数据,一旦收到主控制板发送的信号,大棚控制板将对相应的
4、装置进行控制. 1. 3 采集板 大棚采集板主要由 STC89C55 单片机、空气温湿度传感器、光照强度传感器、土壤湿度传感器、无线通信模块和供电电源构成,如此图 4 所示.大棚采集板负责采集温室内各个部分数据,之后通过无线传送给控制板. 2 智能农业无线监控系统软件设计 2. 1 上位机软件设计 上位机使用 VB 语言编写.上位机界面通过串口模块与主控制板进行通信,以获取两个大棚内部的环境数据和对大棚内部设施进行控制,同时上位机软件还能够将接收到的环境数据保存到电脑数据库中,以便日后的查询,如此图 5 所示. 2. 2 主控制板程序设计原理 主控制板在 Keil4MDK 环境下开发,在程序中
5、使用了库函数版本,使得开发思路愈加的流畅,如此图 6所示.当主控制板接收到大棚控制板发送上来的信号时,首先通过读取无线模块内部托存器的值判定是哪个大棚发送上来的信号. 由于在无线通信模块中,不同模块之间是由通道地址来进行区分的,所以要通过不同的接收通道地址来实现多通道接收,当接收到大棚控制板发送上来的数据时,主控制板读取无线模块中的通道标志位来判定是哪个大棚发送的数据.同理,当主控制板收到上位机发送下来的控制信号时,也先判定是控制哪个大棚的信号,然后加载不同的发送地址,再发送给指定大棚. 大棚控制板和大棚采集板也是在 Keil 开发环境下使用 C 语言进行编程的.大棚采集板的程序比拟简单,只要
6、重复采集传感器参数和将数据发送出去这两项工作. 在大棚控制板的程序中,包括液晶显示、按键扫描、继电器控制、数据接收以及数据发送.大棚控制面板将采集板传送过来的数据信号,通过无线传送到主控制器中,同时还接收主控制器发送下来的控制信号. 2. 3 无线通信模块 无线数据通信不用布线,快速布局,因而具有有线数据通信无法比较的便捷性3,在特殊场合具有不可替代性.然而,传统的由基本射频集成电路搭建的无线数据通信系统存在电路复杂、成本高、传输速率低及可靠性差等缺点.为此,Nordic 公司推出一款工业级内置硬件链路层协议的低成本单芯片 NRF24L01型无线收发器件.该器件采用 GFSK 调制、128 个
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