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    基于物聯(lián)網(wǎng)的蔬菜大棚監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    2018-08-01 18:07:46劉博周華平
    中國信息化 2018年7期
    關(guān)鍵詞:光照大棚聯(lián)網(wǎng)

    劉博 周華平

    一、研究背景及意義

    大棚蔬菜對(duì)生長環(huán)境的要求很高,大棚內(nèi)的溫度、濕度、光照、CO2濃度等條件都不同程度地影響著蔬菜的生長,管理好蔬菜大棚是一項(xiàng)異常繁瑣的工作,農(nóng)戶除了要有一定的種植技術(shù),還需要隨時(shí)了解大棚內(nèi)的環(huán)境狀況。當(dāng)農(nóng)戶種植反季節(jié)蔬菜時(shí),更需要全天候照看大棚蔬菜,由此造成人力資源的浪費(fèi),農(nóng)戶普遍收益不高。如何在降低投資的基礎(chǔ)上,減少人力成本,完成蔬菜大棚的增值創(chuàng)收成為當(dāng)前農(nóng)戶的迫切需求.物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things,IoT)是具有標(biāo)識(shí)、感知和智能處理能力,借助通信技術(shù)互連而成的網(wǎng)絡(luò),目的在于為人們提供智能服務(wù),所以基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的蔬菜大棚監(jiān)控系統(tǒng)必將減輕農(nóng)民的負(fù)擔(dān),用科技的手段幫助農(nóng)民致富,此系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值,可以迅速推廣。

    二、總體設(shè)計(jì)方案

    (一)系統(tǒng)方案論證

    該方案采用終端集成通信模塊(ESP8266)+OneNet設(shè)備云平臺(tái)的方法,是一個(gè)簡單的二級(jí)簡化系統(tǒng),ESP8266是目前國內(nèi)外比較流行的物聯(lián)網(wǎng)通信模塊,該模塊內(nèi)部通過一個(gè)32位ARM11內(nèi)核和四兆的Flash存儲(chǔ)器集成了無線數(shù)據(jù)通信轉(zhuǎn)發(fā)和終端數(shù)據(jù)采集功能,ESP8266即可作為一個(gè)無線通信模塊使用,同時(shí)又可作為一個(gè)MCU主控芯片,當(dāng)做終端模塊使用。ESP8266在智能農(nóng)業(yè)大棚的作用是將采集的室內(nèi)土壤溫濕度,光照強(qiáng)度等數(shù)據(jù)上傳到云平臺(tái),此時(shí)OneNet負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)存儲(chǔ),并將其轉(zhuǎn)發(fā)給遠(yuǎn)程移動(dòng)端。

    方案閃光點(diǎn):將終端采集模塊與無線通信模塊合二為一,與傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)解決方案相比,省去了主控芯片,在OneNet設(shè)備云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的界面不需要單獨(dú)的開發(fā),只需要在云平臺(tái)上關(guān)聯(lián)相關(guān)的數(shù)據(jù)流即可生成,OneNet官方提供手機(jī)APP版,我們只需在線登錄手機(jī)打開APP,就可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程移動(dòng)端監(jiān)控。極大地縮短了開發(fā)周期,節(jié)約開發(fā)成本。

    方案弊端:ESP8266集終端與網(wǎng)絡(luò)通信于一體,因此其內(nèi)部可用資源單調(diào),同普通的單片機(jī)(MCU)相比,其外設(shè)I/O很少。方案如下圖2-1所示。

    (二)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

    基于ESP8266與OneNet設(shè)備云平臺(tái)的智能蔬菜溫室大棚遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案如圖2-2所示:由于ESP8266的I/O資源有限,所以本方案把終端數(shù)據(jù)的采集與控制分為了兩個(gè)部分,一塊ESP8266用作傳感器數(shù)據(jù)采集,其中室內(nèi)溫度范圍在5~45攝氏度,空氣干濕度可監(jiān)測的范圍在10~90%,土壤干濕度范圍在0~100%,土壤溫度范圍在5~45攝氏度。在另一塊ESP8266用作對(duì)執(zhí)行器的控制。其中加熱、排風(fēng)。滴灌卷簾通過繼電器控制,白熾燈和彩燈通過智能終端輸出不同占空比的PWM波形經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路輸出不同量程的電流來控制燈光的光照強(qiáng)度??刂平K端采用個(gè)人PC機(jī)(臺(tái)式機(jī)電腦或筆記本)和遠(yuǎn)程移動(dòng)終端(手機(jī)、PAD等)實(shí)時(shí)在線監(jiān)控。

    三、系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及數(shù)據(jù)測試分析

    通過在物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室仿照大棚進(jìn)行實(shí)驗(yàn),觀察光照和溫濕度。用IAR Embedded Workbench for 8051開發(fā)環(huán)境中的運(yùn)行程序按鈕運(yùn)行程序,如圖3-1所示,用串行助手進(jìn)行實(shí)時(shí)查看光照,如圖3-2,光越暗采集的值越小。

    對(duì)溫度和濕度的監(jiān)控結(jié)果如圖3-3所示。

    由實(shí)驗(yàn)室模擬大棚蔬菜實(shí)驗(yàn),可觀察到溫度,濕度,光照等的變化,當(dāng)傳感節(jié)點(diǎn)檢測到大棚出現(xiàn)光照變強(qiáng),控制終端會(huì)采用卷簾控制,當(dāng)檢測到光照變?nèi)?,?huì)自動(dòng)采取燈光控制。當(dāng)檢測到溫度變高,會(huì)采取排風(fēng)控制,當(dāng)檢測到溫度變低,會(huì)采取加熱控制。

    四、小結(jié)

    本研究介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的分布式蔬菜大棚監(jiān)控系統(tǒng),提高了農(nóng)業(yè)種植的效率。這樣的物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)給農(nóng)民帶來了前所未有的便利,讓他們只需要一部手機(jī)或電腦便能運(yùn)籌帷幄,通過這智能管理,實(shí)現(xiàn)一個(gè)人輕松管理幾個(gè)大棚,給農(nóng)民創(chuàng)造更多的財(cái)富,解放農(nóng)民的生產(chǎn)力。

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