基于物聯(lián)網(wǎng)的智能蔬菜大棚遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)研究.pdf

DOI 10 19392 j cnki 1671 7341 202032006 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能蔬菜大棚遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)研究 韋明崢 1 凌加平 1 周俊男 1 李克儉 1 田敬北 2 1 廣西科技大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院 廣西柳州 545000 2 廣西科技大學(xué)工程訓(xùn)練中心 廣西柳州 545000 摘 要 蔬菜大棚可以廣泛用于特定作物的耕作 但是傳統(tǒng)的蔬菜大棚存在以下問(wèn)題 大棚室內(nèi)數(shù)據(jù)需人工查看 人工 補(bǔ)充 自動(dòng)化程度低 一套蔬菜大棚智能控制系統(tǒng)價(jià)格昂貴 成本高 不利于大面積使用 對(duì)多個(gè)大棚監(jiān)控不足 不方便集中管 理等等 為解決上述問(wèn)題 研究了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的蔬菜大棚遠(yuǎn)程控制系統(tǒng) 對(duì)溫濕度 光強(qiáng)等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集的同時(shí) 將數(shù)據(jù) 通過(guò)ZigBee無(wú)線傳輸技術(shù)發(fā)送到機(jī)智云平臺(tái) 用戶在平臺(tái)上可用PC端或安卓手機(jī)APP 設(shè)置自動(dòng)監(jiān)控或手動(dòng)監(jiān)控 對(duì)大棚室 內(nèi)環(huán)境進(jìn)行補(bǔ)償 經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程對(duì)蔬菜大棚室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集 處理 補(bǔ)償 顯示 可滿足農(nóng)業(yè)上 對(duì)蔬菜大棚的自動(dòng)化監(jiān)控要求 并具有性價(jià)比高 方便集中式監(jiān)控的特點(diǎn) 關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng) Zig Bee A M 傳感器 蔬菜大棚 隨著社會(huì)的變遷 我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展已從原有的單純追求質(zhì) 量變?yōu)樽非髢?yōu)產(chǎn) 優(yōu)質(zhì) 高效 智能化大棚的出現(xiàn)使人們開(kāi) 始重視農(nóng)業(yè)科技 由于種植環(huán)境中的溫濕度 光照度 二氧 化碳濃度等環(huán)境因子對(duì)作物生長(zhǎng)有很大的影響 通過(guò)蔬菜大 棚為作物創(chuàng)造一個(gè)可控的種植環(huán)境雖然可以提高作物產(chǎn)量 但如果沒(méi)有大棚環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用 蔬菜大棚的管理 成本和設(shè)施成本都相當(dāng)高 而且人工管理始終不如智能管理 方便和精準(zhǔn) 綜上分析 由于我國(guó)農(nóng)村的蔬菜大棚還是處于欠發(fā)展?fàn)?態(tài) 我國(guó)有蔬菜大棚歷史的農(nóng)村 迫切需要一套遠(yuǎn)程蔬菜大 棚控制系統(tǒng) 為此本項(xiàng)目研究了一套基于物聯(lián)網(wǎng)的蔬菜大棚 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng) 對(duì)蔬菜大棚的環(huán)境做一個(gè)有效的管理以達(dá)到 更高的經(jīng)濟(jì)效益 1 總體方案設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)致力于我國(guó)農(nóng)村蔬菜大棚研究 通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)國(guó)外 資料的搜集與研究 針對(duì)蔬菜大棚發(fā)展的實(shí)際情況 確定系 統(tǒng)的組成模塊 然后對(duì)電路控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與制作 整個(gè) 系統(tǒng)示意圖如圖1所示 圖1 系統(tǒng)示意圖 本設(shè)計(jì)采用的是扇形設(shè)計(jì) 這樣方便卷簾收放 可以達(dá) 到很好的散熱與補(bǔ)光效果 由A M 控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作 通 過(guò)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送與接收 蔬菜大棚室內(nèi)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)云端 服務(wù)器發(fā)送到用戶終端 手機(jī)APP 用戶實(shí)時(shí)監(jiān)控蔬菜大棚 室內(nèi)環(huán)境 維持蔬菜大棚室內(nèi)生長(zhǎng)所需要的環(huán)境 系統(tǒng)各模塊功能如下 1 使用溫度傳感器 濕度傳感器 CO 2 濃度傳感器 光 強(qiáng)傳感器 pH傳感器等傳感器搜集數(shù)據(jù) 向控制中心傳達(dá)信 息 以保證大棚室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量 2 使用TFT LCD液晶屏顯示環(huán)境數(shù)據(jù) 使用太陽(yáng)能與 蓄電池一起進(jìn)行系統(tǒng)供電 進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示與系統(tǒng)供能 3 使用A M作為控制核心 對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 使執(zhí)行系統(tǒng)的卷簾機(jī) 風(fēng)機(jī) 灌溉系統(tǒng) 二氧化碳補(bǔ)償器等能 進(jìn)行自動(dòng)起 ?；蚨〞r(shí)開(kāi)啟 進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)的補(bǔ)充與縮減 4 借助機(jī)智云服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品手機(jī) APP 的開(kāi)發(fā)及 數(shù)據(jù)點(diǎn)的接入與設(shè)置 用戶通過(guò)安卓手機(jī) APP 遠(yuǎn)程發(fā)送命 令使系統(tǒng)進(jìn)行工作 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程人機(jī)交互 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)主要的硬件電路包括 STM32F 103ZET6 核心主 控電路 ESP8266Wi Fi 模塊連接電路 CC2530 數(shù)據(jù)采集電 路 TFT LCD顯示電路 繼電器控制電路 傳感器模塊包括 GY 39溫濕度光強(qiáng)度傳感器 CCS811 二氧化碳傳感器 賽 通ST T PH土壤酸堿度傳感器等 來(lái)檢測(cè)環(huán)境參數(shù) 執(zhí)行 器件包括風(fēng)機(jī) 卷簾 灌溉水泵 補(bǔ)光燈等 圖 2 為總體硬 件設(shè)計(jì)圖 圖2 總體硬件設(shè)計(jì)圖 21 科技創(chuàng)新 科技風(fēng)2020年11月 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 除了硬件設(shè)計(jì) 本項(xiàng)目還需要進(jìn)行軟件設(shè)計(jì) 才能實(shí)現(xiàn) 蔬菜大棚遠(yuǎn)程控制與聯(lián)網(wǎng)等功能 本項(xiàng)目是通過(guò) ZigBee 網(wǎng) 絡(luò)來(lái)進(jìn)行一個(gè)整體的網(wǎng)絡(luò)連接 通過(guò)集中循環(huán)采集傳感器數(shù) 據(jù) 然后實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程發(fā)送數(shù)據(jù)給主控進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 經(jīng)過(guò)處理 后的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)與蔬菜生長(zhǎng)需求環(huán)境數(shù)據(jù)相比較 如果數(shù)據(jù)相 差大就自動(dòng)進(jìn)行執(zhí)行裝置的補(bǔ)償 也可進(jìn)行人工調(diào)整 不斷 檢測(cè)不斷的補(bǔ)償 使大棚內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)態(tài)平衡 系 統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的主要結(jié)構(gòu)框圖如圖3 圖3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要結(jié)構(gòu)框圖 本系統(tǒng)采集的傳感器數(shù)據(jù)匯集到 CC2530 再由 CC2530 發(fā)送到STM32F 103ZET6單片機(jī) 把采集到的數(shù)據(jù)在 LCD液 晶屏上現(xiàn)場(chǎng)顯示 單片機(jī)再與 ESP8266Wi Fi 模塊進(jìn)行通訊 ESP8266Wi Fi與路由器網(wǎng)絡(luò)連接 進(jìn)而連接互聯(lián)網(wǎng) 用戶就 可以實(shí)時(shí)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)機(jī)智云平臺(tái)進(jìn)行監(jiān)控 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn) 程控制 主控程序控制流程圖如圖4 圖4 主控程序流程圖 4 驗(yàn)證 本系統(tǒng)以適宜大白菜生長(zhǎng)環(huán)境為例 控制蔬菜大棚環(huán) 境參數(shù) 生長(zhǎng)溫度范圍是 15 10 C 光照需求為中等強(qiáng)度 光合補(bǔ)償點(diǎn)為1500Lx 25umol m 2 s 光飽和點(diǎn)為 4000Lx 950umol m 2 s 土壤 pH 需為中性或弱酸性 pH 值 6 5 7 0 含水量保持在 16 18 空氣中 CO 2 濃度在 1000uL L左右 通過(guò)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的搭建 進(jìn)行執(zhí)行裝置的 動(dòng)態(tài)調(diào)控 蔬菜大棚室內(nèi)環(huán)境能穩(wěn)定在適合大白菜生長(zhǎng)的 環(huán)境范圍內(nèi) 在機(jī)智云平臺(tái)經(jīng)過(guò)注冊(cè)登錄 選擇技術(shù)方案以及創(chuàng)建產(chǎn) 品之后 平臺(tái)會(huì)對(duì)應(yīng)的生成手機(jī)APP 經(jīng)過(guò)手機(jī)APP 上的環(huán) 境參數(shù)調(diào)控 蔬菜大棚內(nèi)的執(zhí)行裝置會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)補(bǔ) 償 維持蔬菜大棚內(nèi)的適合當(dāng)前農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境 手機(jī) APP 界面圖如圖5所示 圖5 手機(jī)APP 界面顯示圖 5 結(jié)語(yǔ) 經(jīng)試驗(yàn)證明 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理 功能性較強(qiáng) 系統(tǒng)工作整 體穩(wěn)定 較好地達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo) 手機(jī) APP 設(shè)置界面友好 操作簡(jiǎn)單 能較好地控制蔬菜大棚內(nèi)的溫濕度 光強(qiáng) 二氧化 碳等環(huán)境參數(shù) 同時(shí)本系統(tǒng)還可以外接其他設(shè)備 未來(lái)可以 在此基礎(chǔ)上進(jìn)行完善 如自動(dòng)化施肥 除草等 通過(guò)更快更密 集的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行補(bǔ)充控制 采用更為復(fù)雜的手機(jī)終端管理 等等 參考文獻(xiàn) 1 高蒙 基于機(jī)智云平臺(tái)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技 術(shù)研究 D 西安理工大學(xué) 2019 2 張儷亭 楊習(xí)偉 基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度自動(dòng) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) J 無(wú)線互聯(lián)科技 2018 15 24 41 42 3 汪曉樂(lè) 基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的智能溫室系統(tǒng)設(shè)計(jì) D 武漢輕工大學(xué) 2018 4 李瑋瑤 王建璽 王巍 基于 ZigBee 的蔬菜大棚環(huán)境 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) J 現(xiàn)代電子技術(shù) 2015 38 12 51 54 5 楊銓 蔬菜大棚溫度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) J 企業(yè) 科技與發(fā)展 2011 21 90 92 作者簡(jiǎn)介 韋明崢 1996 男 壯族 廣西來(lái)賓人 本 科 研究方向 自動(dòng)控制 凌加平 1996 男 壯族 廣西隆 安人 本科 研究方向 測(cè)控技術(shù)與儀器 周俊男 1996 男 壯族 廣西恭城人 本科 研究方向 軌道交通信號(hào)與控 制 李克儉 1962 女 漢族 湖北武漢人 本科 教授 研究 方向 過(guò)程控制及自動(dòng)化裝置 田敬北 1975 男 壯族 廣 西上林人 碩士 高級(jí)實(shí)驗(yàn)師 研究方向 信號(hào)與信息處理及 電子技術(shù)方面 31 科技風(fēng)2020年11月 科技創(chuàng)新