多終端智能控制菜園種植系統設計與實現

華南理工大學廣州學院 梁文坤 繆文南

?

多終端智能控制菜園種植系統設計與實現

華南理工大學廣州學院 梁文坤 繆文南

【摘要】如今追求環保、綠色、鄉園田野已經成當今的一種生活時尚，生活水平和質量的不斷提高，以及對食品安全關注度的日益提高，人們開始在自家陽臺種果種菜，不僅經濟實惠而且綠色環保，這是一種值得提倡的節能生活方式，本系統網針對家庭生活中的陽臺種植，能非常方便地輔助用戶種植自己的蔬菜，極大節省自己的時間和精力。

【關鍵詞】數據采集；無線傳輸；智能控制；數據分析；遠程控制

1　引言

隨著人們生活水平的提升，對食品安全問題的進一步關心，對綠色食品的要求越來越高，人們更渴望吃到真正價格低廉、天然無污染的放心菜，那么自種自吃將會是你的不二選擇，在自家的陽臺改造成屬于自己的菜園，成功收獲自己種的蔬菜，并且吃上自己做的菜將會是一件非常有成就感的事情。

針對于城市中這一占大部分的群體，我隊研發了一套育菜自動化系統讓城市的區民能夠體驗陽臺種菜的便利性，實用性，讓陽臺培育疏不再是一件辛苦的事情，隨時隨地按下手指便能育菜。

本用戶體驗由五方面組成：1）下位機數據采集，無線發送數據；2）短程無線控制和接收信息；3）實時網絡監控；4）PC機上圖形分析；5）通過短信進行實時反饋。

2　系統設計方案

如圖1所示，本系統設計分為以下具體五方面：1）菜園控制端，采集菜園環境各類參數（溫度、光照強度、土壤濕度），實時無線發送采集數據，并接收其他調整環境因素的控制信號；2）育菜移動終端，在菜園附近實時無線接收菜園環境各類參數，可智能提示、手動或智能反控制菜園環境（即控制光照強度、溫度、土壤濕度等因素，下文均以控制菜園環境表示）；3）E家的移動綠巨人管理軟件，通過轉換數據端接收到的數據，再串口傳遞數據，將數據分類，生成報表，圖形曲線分析，數據庫存儲，和手動或智能反控制菜園環境；4）以太網網絡控制，通過攝像頭實時監視，網頁控制開關，控制菜園環境；5）GSM手機網控制，手機發送信息可獲取當前菜園環境參數，同時也可以進行短信控制菜園環境。即可到到智能控制、管理菜園。

圖1　系統結構框圖

圖2 程序流程框圖

3　系統實現

多終端智能控制菜園種植系統由菜園控制模塊、育菜無線控制與接收模塊、PC機管理模塊、網絡攝像監控模塊和手機控制模塊構成。這是本系統的總體構成，以上模塊是依據要實現的功能而設計制作的，依據實事求是的精神，逐步實現各個模塊的功能。這樣有助于各個模塊的銜接以及縮短調試時間。

3.1硬件實現

3.1.1下位機模塊

下位機模塊是以STC89C52單片機為核心，主要是為了無線的收發，繼電器模塊的控制，溫度、濕度、光照強度的讀取等組成。主要負責采集數據以及數據發送的作用。

3.1.2無線網絡模塊

采用nRF24L01，該模塊是由NORDIC［1］出品的工作2.4GHz～2.5GHz的ISM 頻段的單片無線收發器芯片。無線收發器包括：頻率發生器、增強“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調制器和解調器。輸出功率頻道選擇和協議的設置可以通過SPI 接口進行設置。可以連接到單片機進行處理，完成無線數據傳送工作。

3.1.3 傳感器模塊

溫度采集采用的是DS18B20，該傳感器具有獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊。 測溫范圍-55℃～+125℃，固有測溫分辨率0.5℃，滿足現實需要。

土壤相對濕度傳感器是由LM358進行放大信號處理而得到土壤相對濕度。

光照強度的測量采用光敏電阻，該電阻價格便宜，實用性強，該電阻是隨光照強度的變化而變化的，通過將采集的電壓信號經AD轉化為數字信號，從而實現對光照強度的測量。

3.2軟件實現

系統的軟件開發主要由三部分構成，一是基于單片機STC89C52的硬件控制和信息接收的C語言開發，二是基于PC機的圖形軟件LABVIEW的開發，三是基于STM32單片機的uCOS系統開發。

如圖2所示，系統先初始化，在進入系統后，下位機采集的數據與終端進行數據的無線傳送，實現數據的向PC終端、手機終端和手持移動終端進行顯示與查詢。

4　系統測試

在恒定的室溫環境中，放溫濕度計、照度計等設備進入該小菜園中。啟動該系統，檢查電路的通斷情況，并測試所有檢測模塊的運行情況。讓該系統運行一段時間后，開始采集接收溫度、濕度、光照強度的數值，持續一段時間，得出數據后進行分析，對比標準采集器所得到的數據，計算其誤差。另一方面，通過上位機和移動中斷進行繼電器模塊的控制，觀察其對應電路是否啟動。結果如表1所示。

表1　繼電器控制情況表

5　總結

這套系統產品主要應用于家庭的陽臺菜園、果園，代表一種綠色、低碳、健康、環保的全新生活理念和做到一種“網上種菜回家吃菜“休閑健康的全新生活娛樂方式，陶冶都市生活情趣。

該系統網可以從較大范圍隨時隨地對菜園進行可監可控，讓“全民一起來種菜”成為了可能，體現出智慧城市，智慧生活，綠色生活的理念。

近年來隨著陽臺菜園這個朝陽行業的發展，勢必會有越來越大的市場空間，也蘊含著相當大發展潛力和商機。但是目前網上雖有較多種菜交流學習論壇，但是把它做成產業的企業卻非常少。在此基礎上運用自動化技術提供種植的企業就更少了，而且市場上還未有局域網，手機網的技術融合，并且本身以這個作為發展方向，做成多用戶體驗便是一種特色，它代表著一種全新的生活理念，代表著便利，簡單，綠色、低碳、健康。

該套系統由于應用范圍廣，可以投入大規模生產的應用，如大棚蔬菜，農業種植，花園市場等多種行業。

參考文獻

［1］張齊，朱寧西 等.單片機應用系統設計技術——基于C51的Proteus仿真（第2版）［M］.電子工業出版社，2011.

［2］郭天祥等.新概念51單片機C語言教程［M］.電子工業出版社，2011.

［3］劉波文，孫巖 等.嵌入式實時操作系統μC/OS-Ⅱ經典實例——基于STM32處理器［M］.北京航空航天大學出版社，2011.

［4］布魯姆，劉章發，衣法臻 等.LabVIEW編程樣式［M］.電子工業出版社，2009.

［5］李江全，等.LabVIEW虛擬儀器數據采集與串口通信測控應用實戰［M］.人民郵電出版社，2010.