基于物聯網的溫室監控系統設計

龔瑞等

【摘 要】針對傳統的溫室人工管理的不方便，本文設計一種基于物聯網的溫室監控系統。該系統實現實時采集溫室內的土壤及空氣溫度、土壤及空氣濕度、光照強度等環境參數，以直觀的數據和曲線方式顯示給監控人員，可以根據作物的需求提供報警信息，同時可以對數據進行存儲、查詢和打印。利用環境數據與作物的信息，生產人員可以進行正確的栽培管理，以求達到作物的最佳生長條件，實現最優化管理，收到最優的經濟效果。

【關鍵詞】溫室；監控；物聯網

0 引言

我國是一個農業大國，目前在廣大農村，溫室比比皆是。近年來，隨著我國農業和農村經濟的發展，農業生產方式逐步由傳統的粗放經營式向現代集約型經營方式轉變，農業科技示范園，作為現代集約型農業和高新科技應用的示范窗口，應運而生。隨著科學技術的進步，溫室的結構檔次在逐步的提高，建設一種可提溫室內作物產量和質量，降低生產成本，減輕工作人員勞動強度的溫室監控系統，能夠實時顯示溫室內溫度、濕度、光照度等環境數據，是廣大溫室作物生產人員的迫切需求。

1 控制方案的設計

系統由一個上位機、一個USB轉485隔離轉換器、8個STC12C5A60S2單片機、8個溫度傳感器DS18B20、8個濕度傳感器SHT11、8個光照傳感器BH1750FVI組成，如圖1所示。其中每個溫度、濕度和光照度采集模塊有8個通道，數據采集模塊的設計符合RS-485總線要求，完成了數字校零、軟件濾波、線性變換等環境檢測功能。

2 系統硬件設計

PC機的串行接口為RS-232或USB總線，現階段應用更多的是將RS-232接口轉換成RS-485接口，然后采用RS-485進行長距離、高速的串行異步通信。單片機采用RS-485進行串行通信，只需要將TTL電平的串行接口通過芯片轉換為RS-485串行接口，這種轉換比較簡單，本系統采用的是MAX485芯片。利用PC現有的USB接口，系統中采用USB轉485隔離轉換器來實現。在傳輸過程中防止對信號的干擾采用光電隔離電路，如圖2所示，同時防止靜電和雷擊對系統的損害采用防雷電路，如圖3所示。

3 系統軟件設計

由于485總線是一種異步半雙工的通信總線，在某一時刻，總線只可能呈現出一種狀態，在PC機與多單片機系統構成的多機通信系統中，一般采用主從式通信，主機處于主導和支配地位，定時發出監控命令后等待從機的應答。各從機處于偵聽狀態，不能主動往總線發送數據，必須等待主機的命令，在接收到地址幀后，立即判斷是否在呼叫自己，如果不是則不予理睬。如果是則繼續接收下面的數據。接收完一個主機監控命令后先進行校驗，如果校驗正確則解析接收的監控命令，并根據命令回送相應的應答幀。而且任何時刻只能有一個單片機處于發送狀態，但主機發送時所有單片機必須都處于接收狀態。

每個單片機分別讀取DS18B20傳感器上溫度值，SHT11傳感器上濕度值、BH1750FVI傳感器上光照度值通過485總線按地址碼順序依次循環傳輸到PC機上顯示。軟件程序流程圖如圖4所示。

通信協議采用Modbus協議。主設備可單獨和從設備通信，也能以廣播方式和所有從設備通信。如果單獨通信，從設備返回一消息作為回應，如果是以廣播方式查詢的，則不作任何回應。Modbus協議建立了主設備查詢的格式：設備（或廣播）地址、功能代碼、所有要發送的數據、一錯誤檢測域。從設備回應消息也由Modbus協議構成，包括確認要行動的域、任何要返回的數據、和一錯誤檢測域。如果在消息接收過程中發生一錯誤，或從設備不能執行其命令，從設備將建立一錯誤消息并把它作為回應發送出去。數據校驗方式采用CRC校驗。CRC域是兩個字節，包含一16位的二進制值。它由傳輸設備計算后加入到消息中。接收設備重新計算收到消息的CRC，并與接收到的CRC域中的值比較，如果兩值不同，則有誤。

4 上位機軟件設計

微軟公司的Visual Basic 6.0是windows應用程序開發工具，是目前應用最為廣泛、易學易用的面向對象的開發工具，并且為用戶提供了大量的控件。這些控件可用于實現各種功能，減少了程序設計的很多困難。本設計利用Mscomm控件實現和RS485串口的多路數據通信，接收測量系統上傳的數據，在上位機上進行顯示，然后分析完成的數據繪制出曲線，數據庫的存取和報表打印。

5 總結

隨著科技的發展，智能管理系統會逐漸進入農產業，本文對溫室監控系統提出了設計思路，提出了軟件設計，硬件設計以及上位機設計的方案，從而有效的對溫室內溫度、濕度和光照度等環境因素實時監控，減輕了工作人員勞動強度，為農作物提供一個適應的環境，實現最優化管理，收到最優的經濟效果。

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[責任編輯：湯靜]