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基于物联网的蔬菜大棚监控系统设计

发布时间:2018-08-10 01:11:05 文章来源:未来智库    
    大棚蔬菜对生长环境的要求很高,大棚内的温度、湿度、光照、CO2浓度等条件都不同程度地影响着蔬菜的生长,管理好蔬菜大棚是一项异常繁琐的工作,农户除了要有一定的种植技术,还需要随时了解大棚内的环境状况。当农户种植反季节蔬菜时,更需要全天候照看大棚蔬菜,由此造成人力资源的浪费,农户普遍收益不高。如何在降低投资的基础上,减少人力成本,完成蔬菜大棚的增值创收成为当前农户的迫切需求.物联网(Internet of Things,IoT)是具有标识、感知和智能处理能力,借助通信技术互连而成的网络,目的在于为人们提供智能服务,所以基于无线传感网络的蔬菜大棚监控系统必将减轻农民的负担,用科技的手段帮助农民致富,此系统具有很强的实用价值,可以迅速推广。
    二、总体设计方案
    (一)系统方案论证
    该方案采用终端集成通信模块(ESP8266)+OneNet设备云平台的方法,是一个简单的二级简化系统,ESP8266是目前国内外比较流行的物联网通信模块,该模块内部通过一个32位ARM11内核和四兆的Flash存储器集成了无线数据通信转发和终端数据采集功能,ESP8266即可作为一个无线通信模块使用,同时又可作为一个MCU主控芯片,当做终端模�K使用。ESP8266在智能农业大棚的作用是将采集的室内土壤温湿度,光照强度等数据上传到云平台,此时OneNet负责接收数据存储,并将其转发给远程移动端。
    方案闪光点:将终端采集模块与无线通信模块合二为一,与传统的物联网解决方案相比,省去了主控芯片,在OneNet设备云平台实现远程监控的界面不需要单独的开发,只需要在云平台上关联相关的数据流即可生成,OneNet官方提供手机APP版,我们只需在线登录手机打开APP,就可实现远程移动端监控。极大地缩短了开发周期,节约开发成本。
    方案弊端:ESP8266集终端与网络通信于一体,因此其内部可用资源单调,同普通的单片机(MCU)相比,其外设I/O很少。方案如下图2-1所示。
    (二)系统总体设计方案
    基于ESP8266与OneNet设备云平台的智能蔬菜温室大棚远程监控系统的总体设计方案如图2-2所示:由于ESP8266的I/O资源有限,所以本方案把终端数据的采集与控制分为了两个部分,一块ESP8266用作传感器数据采集,其中室内温度范围在5~45摄氏度,空气干湿度可监测的范围在10~90%,土壤干湿度范围在0~100%,土壤温度范围在5~45摄氏度。在另一块ESP8266用作对执行器的控制。其中加热、排风。滴灌卷帘通过继电器控制,白炽灯和彩灯通过智能终端输出不同占空比的PWM波形经过驱动电路输出不同量程的电流来控制灯光的光照强度。控制终端采用个人PC机(台式机电脑或笔记本)和远程移动终端(手机、PAD等)实时在线监控。
    三、系统实验验证及数据测试分析
    通过在物联网实验室仿照大棚进行实验,观察光照和温湿度。用IAR Embedded Workbench for 8051开发环境中的运行程序按钮运行程序,如图3-1所示,用串行助手进行实时查看光照,如图3-2,光越暗采集的值越小。
    对温度和湿度的监控结果如图3-3所示。
    由实验室模拟大棚蔬菜实验,可观察到温度,湿度,光照等的变化,当传感节点检测到大棚出现光照变强,控制终端会采用卷帘控制,当检测到光照变弱,会自动采取灯光控制。当检测到温度变高,会采取排风控制,当检测到温度变低,会采取加热控制。
    四、小结
    本研究介绍了基于物联网技术的分布式蔬菜大棚监控系统,提高了农业种植的效率。这样的物联网自动化系统给农民带来了前所未有的便利,让他们只需要一部手机或电脑便能运筹帷幄,通过这智能管理,实现一个人轻松管理几个大棚,给农民创造更多的财富,解放农民的生产力。
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