基于物聯(lián)網(wǎng)的花卉溫室大棚環(huán)境檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王一涯+陳曙光+王憲菊

摘要 花卉的生長發(fā)育與環(huán)境因素息息相關(guān)。為了實(shí)現(xiàn)對花卉生長環(huán)境參數(shù)實(shí)時采集并遠(yuǎn)程傳輸和監(jiān)測，設(shè)計(jì)了一種基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的花卉環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。無線傳感節(jié)點(diǎn)以STM32F103ZET6單片機(jī)為控制核心，檢測的環(huán)境參數(shù)主要有空氣溫/濕度、土壤濕度、光照強(qiáng)度以及CO2濃度等，采集的環(huán)境參數(shù)通過無線通訊模塊傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)。通過終端可遠(yuǎn)程觀測花卉的生長環(huán)境，為花卉的精細(xì)管理提供了決策依據(jù)。

關(guān)鍵詞 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)；環(huán)境參數(shù)；花卉；土壤濕度；光照強(qiáng)度

中圖分類號 TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）10-0166-01

Abstract The growth of flower is closely related to environmental factors.In order to realize the flower growing environment parameters real-time acquisition and remote transmission and monitoring，designed a flower environment monitoring system based on internet of things.Wireless sensor nodes with the STM32F103ZET6 as the core，environmental parameters included the air temperature/humidity，soil moisture，light intensity and CO2 concentration，etc.Environmental parameters were transmitted to the gateway through wireless communication module.The terminal can remotely observe flowers growing environment，so that it can provide a decision-making basis for fine management of flowers.

Key words environment detection system；environmental parameters；flower；soil moisture；light intensity

傳統(tǒng)的花卉管理方式為粗放式，依靠種植人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行管理，是無法達(dá)到精準(zhǔn)管理的。近年來，溫室花卉栽培技術(shù)發(fā)展迅速，溫室大棚環(huán)境對設(shè)施花卉的生長發(fā)育影響很大，利用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對溫室大棚花卉環(huán)境實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測，實(shí)時采集環(huán)境信息并進(jìn)行數(shù)字化處理和傳輸，園藝工作人員可及時掌握大棚環(huán)境并對環(huán)境參數(shù)進(jìn)行調(diào)控，實(shí)現(xiàn)花卉的精細(xì)管理，有效提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)[1]。

影響溫室花卉生長發(fā)育的關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)有空氣溫度、濕度、土壤墑情、CO2濃度和光照強(qiáng)度。本文設(shè)計(jì)了無線傳感器節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)以微控制器為中心，采用溫濕度傳感器、土壤濕度傳感器、CO2濃度傳感器和光照傳感器采集大棚的環(huán)境參數(shù)，用微控制器對環(huán)境參數(shù)進(jìn)行加工處理，通過無線通訊模塊傳輸?shù)铰酚善?，再由路由器將各傳感器?jié)點(diǎn)匯聚到協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)，由網(wǎng)關(guān)通過3G/4G網(wǎng)絡(luò)接入Internet網(wǎng)絡(luò)，管理者即可通過終端隨時隨地觀測大棚環(huán)境[2]。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)的花卉溫室大棚系統(tǒng)主要由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成。系統(tǒng)整體框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

感知層由若干個無線傳感節(jié)點(diǎn)組成，負(fù)責(zé)采集溫室大棚的空氣溫濕度、光照強(qiáng)度、土壤墑情和CO2濃度等環(huán)境參數(shù)；網(wǎng)絡(luò)層即網(wǎng)關(guān)，包括4G通信模塊、Zigbee協(xié)調(diào)器模塊和以太網(wǎng)模塊，多個傳感器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)在網(wǎng)關(guān)匯聚；應(yīng)用層由服務(wù)器和終端組成，服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲和信息發(fā)布[3]。系統(tǒng)總體工作流程為：現(xiàn)場多個傳感器將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)再將數(shù)據(jù)通過Internet網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)給服務(wù)器；服務(wù)器將數(shù)據(jù)發(fā)布；管理人員或用戶即可通過PC、手機(jī)等智能終端訪問查詢環(huán)境參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對溫室環(huán)境參數(shù)的及時調(diào)控。

1.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件包括無線傳感節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)兩部分。

1.2.1 無線傳感節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。無線傳感節(jié)點(diǎn)以STM32F103為控制核心，分別采用溫/濕度傳感器DHT11、光照強(qiáng)度傳感 BH1

750FVI、CO2濃度傳感器MG811和土壤濕度傳感器 SM2801B感測溫室大棚環(huán)境參數(shù)。微控制器分時接收各個傳感器的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并將處理后的數(shù)據(jù)通過無線通訊模塊發(fā)送到路由器，再由路由器將各傳感節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)匯聚到網(wǎng)關(guān)[4]。傳感節(jié)點(diǎn)采用市電供電，節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.2.2 網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)。網(wǎng)關(guān)主要由ARM微控制器、4G通信模塊、以太網(wǎng)模塊、ZigBee協(xié)調(diào)器模塊和電源模塊組成。其功能是將無線傳感節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到花卉環(huán)境監(jiān)控中心[5]。網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

微控制器采用目前廣泛使用的三星芯片Exynos4412，該芯片具有高的主頻和豐富外設(shè)，配置2GB雙通道DDR3 的內(nèi)存和16 GB存儲，穩(wěn)定性強(qiáng)，可靠性高，處理能力強(qiáng)[6]，操作系統(tǒng)采用Linux，成本低，可擴(kuò)展多種功能模塊；4G模塊采用USR-TLE-7S4模塊，通過串口與微控制器Exynos4412相連，下行速率為150 Mbps，上行速率為50 Mbps，發(fā)射功率為23 dBm；ZigBee協(xié)調(diào)器模塊采用XBEEZNet2.5，該模塊功耗低，通過硬件設(shè)置，可分別工作于路由器、終端節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器3種工作模式，也可自動生成路由，組成自恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)；以太網(wǎng)模塊采用USR-TCP232-T2模塊，支持HTTP協(xié)議傳輸[7]。

2 結(jié)論

通過應(yīng)用，基于物聯(lián)網(wǎng)的花卉環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)能滿足生產(chǎn)需求。無線傳感節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)能實(shí)時反映溫室大棚環(huán)境變化；花卉溫室大棚環(huán)境監(jiān)測中心可為管理人員提供圖形化的數(shù)據(jù)形式，并實(shí)現(xiàn)信息共享[8-9]；通過遠(yuǎn)程客戶端可查詢、下載和瀏覽數(shù)據(jù)。系統(tǒng)性能可靠、工作穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

3 參考文獻(xiàn)

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