基于物聯(lián)網(wǎng)的溫室監(jiān)控系統(tǒng)設計

龔瑞等

【摘 要】針對傳統(tǒng)的溫室人工管理的不方便，本文設計一種基于物聯(lián)網(wǎng)的溫室監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)實時采集溫室內的土壤及空氣溫度、土壤及空氣濕度、光照強度等環(huán)境參數(shù)，以直觀的數(shù)據(jù)和曲線方式顯示給監(jiān)控人員，可以根據(jù)作物的需求提供報警信息，同時可以對數(shù)據(jù)進行存儲、查詢和打印。利用環(huán)境數(shù)據(jù)與作物的信息，生產人員可以進行正確的栽培管理，以求達到作物的最佳生長條件，實現(xiàn)最優(yōu)化管理，收到最優(yōu)的經濟效果。

【關鍵詞】溫室；監(jiān)控；物聯(lián)網(wǎng)

0 引言

我國是一個農業(yè)大國，目前在廣大農村，溫室比比皆是。近年來，隨著我國農業(yè)和農村經濟的發(fā)展，農業(yè)生產方式逐步由傳統(tǒng)的粗放經營式向現(xiàn)代集約型經營方式轉變，農業(yè)科技示范園，作為現(xiàn)代集約型農業(yè)和高新科技應用的示范窗口，應運而生。隨著科學技術的進步，溫室的結構檔次在逐步的提高，建設一種可提溫室內作物產量和質量，降低生產成本，減輕工作人員勞動強度的溫室監(jiān)控系統(tǒng)，能夠實時顯示溫室內溫度、濕度、光照度等環(huán)境數(shù)據(jù)，是廣大溫室作物生產人員的迫切需求。

1 控制方案的設計

系統(tǒng)由一個上位機、一個USB轉485隔離轉換器、8個STC12C5A60S2單片機、8個溫度傳感器DS18B20、8個濕度傳感器SHT11、8個光照傳感器BH1750FVI組成，如圖1所示。其中每個溫度、濕度和光照度采集模塊有8個通道，數(shù)據(jù)采集模塊的設計符合RS-485總線要求，完成了數(shù)字校零、軟件濾波、線性變換等環(huán)境檢測功能。

2 系統(tǒng)硬件設計

PC機的串行接口為RS-232或USB總線，現(xiàn)階段應用更多的是將RS-232接口轉換成RS-485接口，然后采用RS-485進行長距離、高速的串行異步通信。單片機采用RS-485進行串行通信，只需要將TTL電平的串行接口通過芯片轉換為RS-485串行接口，這種轉換比較簡單，本系統(tǒng)采用的是MAX485芯片。利用PC現(xiàn)有的USB接口，系統(tǒng)中采用USB轉485隔離轉換器來實現(xiàn)。在傳輸過程中防止對信號的干擾采用光電隔離電路，如圖2所示，同時防止靜電和雷擊對系統(tǒng)的損害采用防雷電路，如圖3所示。

3 系統(tǒng)軟件設計

由于485總線是一種異步半雙工的通信總線，在某一時刻，總線只可能呈現(xiàn)出一種狀態(tài)，在PC機與多單片機系統(tǒng)構成的多機通信系統(tǒng)中，一般采用主從式通信，主機處于主導和支配地位，定時發(fā)出監(jiān)控命令后等待從機的應答。各從機處于偵聽狀態(tài)，不能主動往總線發(fā)送數(shù)據(jù)，必須等待主機的命令，在接收到地址幀后，立即判斷是否在呼叫自己，如果不是則不予理睬。如果是則繼續(xù)接收下面的數(shù)據(jù)。接收完一個主機監(jiān)控命令后先進行校驗，如果校驗正確則解析接收的監(jiān)控命令，并根據(jù)命令回送相應的應答幀。而且任何時刻只能有一個單片機處于發(fā)送狀態(tài)，但主機發(fā)送時所有單片機必須都處于接收狀態(tài)。

每個單片機分別讀取DS18B20傳感器上溫度值，SHT11傳感器上濕度值、BH1750FVI傳感器上光照度值通過485總線按地址碼順序依次循環(huán)傳輸?shù)絇C機上顯示。軟件程序流程圖如圖4所示。

通信協(xié)議采用Modbus協(xié)議。主設備可單獨和從設備通信，也能以廣播方式和所有從設備通信。如果單獨通信，從設備返回一消息作為回應，如果是以廣播方式查詢的，則不作任何回應。Modbus協(xié)議建立了主設備查詢的格式：設備（或廣播）地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、一錯誤檢測域。從設備回應消息也由Modbus協(xié)議構成，包括確認要行動的域、任何要返回的數(shù)據(jù)、和一錯誤檢測域。如果在消息接收過程中發(fā)生一錯誤，或從設備不能執(zhí)行其命令，從設備將建立一錯誤消息并把它作為回應發(fā)送出去。數(shù)據(jù)校驗方式采用CRC校驗。CRC域是兩個字節(jié)，包含一16位的二進制值。它由傳輸設備計算后加入到消息中。接收設備重新計算收到消息的CRC，并與接收到的CRC域中的值比較，如果兩值不同，則有誤。

4 上位機軟件設計

微軟公司的Visual Basic 6.0是windows應用程序開發(fā)工具，是目前應用最為廣泛、易學易用的面向對象的開發(fā)工具，并且為用戶提供了大量的控件。這些控件可用于實現(xiàn)各種功能，減少了程序設計的很多困難。本設計利用Mscomm控件實現(xiàn)和RS485串口的多路數(shù)據(jù)通信，接收測量系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)，在上位機上進行顯示，然后分析完成的數(shù)據(jù)繪制出曲線，數(shù)據(jù)庫的存取和報表打印。

5 總結

隨著科技的發(fā)展，智能管理系統(tǒng)會逐漸進入農產業(yè)，本文對溫室監(jiān)控系統(tǒng)提出了設計思路，提出了軟件設計，硬件設計以及上位機設計的方案，從而有效的對溫室內溫度、濕度和光照度等環(huán)境因素實時監(jiān)控，減輕了工作人員勞動強度，為農作物提供一個適應的環(huán)境，實現(xiàn)最優(yōu)化管理，收到最優(yōu)的經濟效果。

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[責任編輯：湯靜]