基于物联网的温室大棚控制系统

潍坊工程职业学院 郇新 谢宗华

基于物联网的温室大棚控制系统

潍坊工程职业学院 郇新 谢宗华

本文设计了一款基于物联网的温室大棚控制系统，该系统配备完善的传感器系统，能够实时采集温室大棚内的温度、湿度、光照等参数，采集的数据通过Zigbee远程传输到主机上，通过与主机预存储的植物生长数据相比较，来控制温室大棚的光照、灌溉、通风等系统工作，使温室大棚内环境达到最适合农作物生长的条件。

传感器；物联网；Zigbee

我国是人口大国，对农产品的需求量大，很多农产品已经采用温室大棚进行生产，目前温室大棚生产大部分还处于粗放式管理阶段，大棚的灌溉、光照、施肥等大多依照传统的种植经验，没有精确数据来进行管理，现代化水平远远落后于发达国家。要实现温室大棚的精细管理，可以引入农业物联网技术，充分利用温度、湿度、光照等传感器收集温室大棚信息，通过无线通信技术将数据传到上位机中，根据上位机预存的数据进行处理，可以达到精确控制温室大棚的目的。

1 设计目标

引入基于物联网的温室大棚控制技术，精确监控农产品生产的各项参数，精确控制大棚的光照、灌溉、温度等参数，实现大棚的精细管理，本文主要实现以下目标：

硬件设计：设计传感器检测电路，能够准确收集温度、湿度、光照等信息，大棚的控制电路能够智能控制大棚的灌溉、光照、施肥等。

无线通信模块：传感器模块与主控制器之间采用无线通信模块连接，基于传输距离和稳定性，采用Zigbee进行无线传输。

上位机WEB管理系统：能够接收传感器的数据并进行处理，根据系统预存的数据对比植物的生长状态，进而有效控制温室的灌溉、光照、施肥等工作。

2 硬件设计

本系统硬件主要包括传感器信息采集卡和主控制器两部分，其中传感器信息采集卡包括空气温湿度传感器、土壤湿度传感器、光照强度传感器等，能够完成相关参数的测量；主控制器能够接收信息采集卡的数据，将数据与系统设定值比较，控制外围的遮阳帘、通风和灌溉等设备，通过485总线传输到上位机软件进行处理和存储，将每次农作物生产的过程数据建成数据库，分析温度、湿度、季节等对农作物生产的影响，进一步改善温室控制效果，系统框架图如图1所示。

图1 系统框架图

3 无线通讯模块

3.1 Zigbee技术

Zigbee是基于IEEE802.15.4标准开发的一种无线传输技术，广泛应用于短距离无线传输，主要特点有：

（1）功耗低：Zigbee采用多种省电模式，在低功耗待机模式下使用2节普通AA电池可以工作6～24个月。

（2）成本低：Zigbee在我国使用2.4GHz免执照频段且不收取协议专利费。传输协议通过的大幅度简化，对控制器要求低。

（3）通信可靠：ZigBee提供了新型的ASE-128加密标准，并且提供三级安全模式，能够灵活设定其安全属性。

3.2 Zigbee无线模块设计

本系统Zigbee模块采用TI公司的CC2530芯片作为核心，能够实现2.4GHz频率的无线通信，具有功耗低、可靠性高、抗干扰能力强等特点，电路图如图2所示。

图2 Zigbee模块电路图

4 上位机WEB管理系统

图3 上位机软件界面

主控制器通过485传输总线将采集到的各项数据传输到上位机软件，上位机软件接收数据并将数据进行存储形成温室大棚控制系统数据库，数据库可以转换为EXCEL数据形式，为其他软件提取数据库文件提供方便。为实现通过互联网查看数据功能，我们通过软件将计算机设置成WEB服务器，将数据库传输到服务器，通过访问服务器地址实现数据的追踪查看，上位机软件如图3所示。

[1]王怀宇,赵建军等.基于物联网的温室大棚远程控制系统研究[J].农机化研究,2015(01)∶123～127.

[2]廖建尚.基于物联网的温室大棚环境监控系统设计方法[J].农业工程学报,2016(11)∶233～243.

[3]潘金珠,王兴元等.基于物联网的温室大棚系统设计[J].传感器与微系统,2014(10)∶51～57.

本文系2016年度潍坊市科技发展计划项目“基于物联网的温室大棚自动控制系统”（编号：2016GX082）的研究成果。