智能溫室的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

摘要：隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向著精細(xì)化、智能化的方向發(fā)展，而溫室自動(dòng)化生產(chǎn)監(jiān)控技術(shù)是智能農(nóng)業(yè)的代表技術(shù)之一，通過(guò)對(duì)智能溫室的遠(yuǎn)程監(jiān)控可以對(duì)地塊中的土壤信息、農(nóng)作物的生長(zhǎng)信息等進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)，對(duì)作物的長(zhǎng)勢(shì)、產(chǎn)量做出分析及預(yù)測(cè)，并對(duì)每個(gè)小區(qū)做出科學(xué)決策，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精確性和生產(chǎn)效益。本研究提出一種基于LPC2132單片機(jī)及GSM技術(shù)的智能溫室遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：智能溫室；遠(yuǎn)程監(jiān)控；GSM；LPC2132單片機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)： TP391.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A DOI編號(hào)： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.04.011

1智能溫室遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的基本要求

一般情況下智能溫室遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)需要滿(mǎn)足以下幾個(gè)要求：一是具備較好的可擴(kuò)展性，即根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)需求實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)型設(shè)備的遠(yuǎn)程控制；二是響應(yīng)速度快。系統(tǒng)要具備較強(qiáng)的時(shí)間控制精度，以迅速的完成各種數(shù)據(jù)采集及設(shè)備的控制，以保證遠(yuǎn)程控制的實(shí)時(shí)性與實(shí)效性；三是穩(wěn)定性。智能溫室遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的工作環(huán)境相對(duì)惡劣，只有保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，才能進(jìn)一步保證數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性、可靠性；四是較強(qiáng)的功能性及較低的投入成本。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益相對(duì)其他產(chǎn)業(yè)而言相對(duì)較低，如果智能監(jiān)控系統(tǒng)成本過(guò)高，會(huì)直接增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本，而影響其經(jīng)濟(jì)效益，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)要充分考慮系統(tǒng)的建設(shè)成本。此外，系統(tǒng)還要具備溫室數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析、設(shè)備控制、數(shù)據(jù)提取等多項(xiàng)功能，才能更好的滿(mǎn)足智能農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)需求?；诖?，本文提出一種基于LPC2132單片機(jī)與GSM技術(shù)的智能溫室遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

2系統(tǒng)的架構(gòu)

本文所提出的智能溫室遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)以L(fǎng)PC2132單片機(jī)為核心處理器，遠(yuǎn)程控制采用GSM模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳統(tǒng)，系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)，大大降低了遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本，既降低了系統(tǒng)建設(shè)成本，又保證了數(shù)據(jù)的可靠性。具體而言，該智能溫室遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的基本架構(gòu)包括控制處理模塊、GSM模塊、數(shù)據(jù)采集模塊及執(zhí)行模塊。

2.1控制處理模塊

控制處理模塊是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，其主要功能是對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，再將判定結(jié)果指令發(fā)送至執(zhí)行模塊，完成遠(yuǎn)程控制。整個(gè)過(guò)程中應(yīng)用CM12864液晶顯示器實(shí)時(shí)顯示出系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及數(shù)據(jù)采集情況等。

2.2 GSM模塊

GSM即全球移動(dòng)通信系統(tǒng)，其作為GSM短信息數(shù)字通信平臺(tái)主要通過(guò)遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，體現(xiàn)出通訊成本低、通信線(xiàn)路干擾小、無(wú)地區(qū)限制，具有較高的保密性與可靠性的優(yōu)勢(shì)，并且GSM還具備雙向數(shù)據(jù)傳輸功能，因此本系統(tǒng)中GSM模塊起到數(shù)據(jù)傳輸載體的作用。其通過(guò)RS232串口電路連接控制處理模塊，向控制處理器傳送溫室環(huán)境數(shù)據(jù)、處理結(jié)果等。SMS短消息的發(fā)送、接收通過(guò)AT命令的PDU Mode模式來(lái)實(shí)現(xiàn)，控制指令按照短信協(xié)議進(jìn)行控制處理，并將指令執(zhí)行結(jié)果報(bào)告信息返回至上位機(jī)，而其他諸如非上位機(jī)號(hào)碼發(fā)送的信息等非預(yù)期信息則由GSM模塊鑒別后直接刪除，最大程度上避免系統(tǒng)接收到錯(cuò)誤的短信內(nèi)容而引起錯(cuò)誤操作。

2.3數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊其主要作用是采用溫室環(huán)境的數(shù)據(jù)及執(zhí)行單元的執(zhí)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)主要利用SHT10傳感器實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境參數(shù)的采集，包括環(huán)境溫室、濕度等，通過(guò)AD轉(zhuǎn)換對(duì)風(fēng)機(jī)、補(bǔ)光燈的運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)電壓、電流等參數(shù)，以判斷操作是否成功；應(yīng)用流量計(jì)檢測(cè)水管中的液體流動(dòng)狀態(tài)，對(duì)噴淋、濕簾的工作狀態(tài)做出判斷；應(yīng)用水位傳感器檢測(cè)蓄水池水位，判斷是否需要應(yīng)用自來(lái)水為濕簾供水等。

2.4執(zhí)行模塊

執(zhí)行模塊，其主要作用是通過(guò)驅(qū)動(dòng)電磁閥實(shí)現(xiàn)對(duì)噴淋、濕簾、水泵、風(fēng)機(jī)、遮陽(yáng)網(wǎng)、補(bǔ)光燈的控制。硬件設(shè)計(jì)中應(yīng)用SVDC繼電器及強(qiáng)電開(kāi)關(guān)構(gòu)成自鎖電路，系統(tǒng)通過(guò)I/U口驅(qū)動(dòng)SV繼電器工作數(shù)據(jù)，其所參應(yīng)的強(qiáng)電電磁閥線(xiàn)圈通電，再執(zhí)行相關(guān)操作，完成操作后系統(tǒng)復(fù)位SV繼電器，強(qiáng)電電磁閥保持工作狀態(tài)，直至產(chǎn)生其它控制操作，這種執(zhí)行模式可以將外圍強(qiáng)電電路、弱電控制系統(tǒng)最大限度的隔離開(kāi)來(lái)，從而降低系統(tǒng)干擾，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，可根據(jù)智能溫室實(shí)際生產(chǎn)需要設(shè)備自動(dòng)降溫的溫度上限閾值、自動(dòng)停止降溫的溫度下限閾值，將溫度閾值輸入系統(tǒng)后，系統(tǒng)會(huì)將其存儲(chǔ)起來(lái)作為判斷是否執(zhí)行升溫或降溫等溫度控制操作的依據(jù)。系統(tǒng)中的溫度傳感器將其在溫室中監(jiān)測(cè)到的溫度數(shù)據(jù)與設(shè)置好的溫度上限閾值及下限閾值進(jìn)行比較，執(zhí)行升降溫操作。如開(kāi)啟濕簾則要對(duì)蓄水池的水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如蓄水池中水量可滿(mǎn)足濕簾應(yīng)用所需，則優(yōu)先使用蓄水池中的水。如無(wú)法滿(mǎn)足則使用自來(lái)水供應(yīng)，并將濕簾流出的水引導(dǎo)至蓄水池中，當(dāng)蓄水池中的水可滿(mǎn)足濕簾應(yīng)用所需，則斷開(kāi)自來(lái)水供應(yīng)，以提高水資源的利用率。實(shí)際應(yīng)用中用戶(hù)可根據(jù)自身的實(shí)際需要，根據(jù)短信收發(fā)協(xié)議向控制系統(tǒng)發(fā)送控制操作，其中短信收發(fā)協(xié)議包括噴淋控制、濕簾控制、風(fēng)機(jī)控制、補(bǔ)光燈控制、照明燈控制、遮陽(yáng)網(wǎng)控制等。由于本系統(tǒng)中采用命令應(yīng)答型無(wú)線(xiàn)傳輸協(xié)議，故用戶(hù)通過(guò)手機(jī)向下位機(jī)傳送控制命令時(shí)，下位機(jī)需要驗(yàn)證手機(jī)號(hào)碼，通過(guò)后方可執(zhí)行命令，并反饋處理結(jié)果。

4結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室環(huán)境的數(shù)據(jù)采集及控制，通過(guò)GSM模塊傳遞信息，大大提高了數(shù)據(jù)采集及傳統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，更有效的實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫濕度的自動(dòng)調(diào)節(jié)與遠(yuǎn)程監(jiān)控，并且濕簾水實(shí)現(xiàn)了智能化的循環(huán)利用。此外，后續(xù)該系統(tǒng)還可加入光照傳感器，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)光的智能控制，可擴(kuò)展性良好，故系統(tǒng)整體基本可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行可靠、操作簡(jiǎn)單、可擴(kuò)展性強(qiáng)的要求。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：李鵬，本科學(xué)歷，農(nóng)藝師，研究方向：農(nóng)技推廣。