基于物聯網的花卉溫室大棚環境檢測系統設計

王一涯+陳曙光+王憲菊

摘要 花卉的生長發育與環境因素息息相關。為了實現對花卉生長環境參數實時采集并遠程傳輸和監測，設計了一種基于農業物聯網的花卉環境監測系統。無線傳感節點以STM32F103ZET6單片機為控制核心，檢測的環境參數主要有空氣溫/濕度、土壤濕度、光照強度以及CO2濃度等，采集的環境參數通過無線通訊模塊傳輸到網關。通過終端可遠程觀測花卉的生長環境，為花卉的精細管理提供了決策依據。

關鍵詞 環境監測系統；環境參數；花卉；土壤濕度；光照強度

中圖分類號 TP368.1 文獻標識碼 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

傳統的花卉管理方式為粗放式，依靠種植人員的經驗進行管理，是無法達到精準管理的。近年來，溫室花卉栽培技術發展迅速，溫室大棚環境對設施花卉的生長發育影響很大，利用農業物聯網技術對溫室大棚花卉環境實現遠程監測，實時采集環境信息并進行數字化處理和傳輸，園藝工作人員可及時掌握大棚環境并對環境參數進行調控，實現花卉的精細管理，有效提高生產效率和產品品質[1]。

影響溫室花卉生長發育的關鍵環境參數有空氣溫度、濕度、土壤墑情、CO2濃度和光照強度。本文設計了無線傳感器節點，該節點以微控制器為中心，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境參數，用微控制器對環境參數進行加工處理，通過無線通訊模塊傳輸到路由器，再由路由器將各傳感器節點匯聚到協調器網關，由網關通過3G/4G網絡接入Internet網絡，管理者即可通過終端隨時隨地觀測大棚環境[2]。

1 系統設計

1.1 系統總體設計

基于物聯網的花卉溫室大棚系統主要由感知層、網絡層和應用層組成。系統整體框架結構如圖1所示。

感知層由若干個無線傳感節點組成，負責采集溫室大棚的空氣溫濕度、光照強度、土壤墑情和CO2濃度等環境參數；網絡層即網關，包括4G通信模塊、Zigbee協調器模塊和以太網模塊，多個傳感器節點采集的數據在網關匯聚；應用層由服務器和終端組成，服務器負責數據存儲和信息發布[3]。系統總體工作流程為：現場多個傳感器將采集到的數據傳輸到網關，網關再將數據通過Internet網絡轉發給服務器；服務器將數據發布；管理人員或用戶即可通過PC、手機等智能終端訪問查詢環境參數，以實現對溫室環境參數的及時調控。

1.2 系統硬件設計

系統硬件包括無線傳感節點和網關兩部分。

1.2.1 無線傳感節點設計。無線傳感節點以STM32F103為控制核心，分別采用溫/濕度傳感器DHT11、光照強度傳感 BH1

750FVI、CO2濃度傳感器MG811和土壤濕度傳感器 SM2801B感測溫室大棚環境參數。微控制器分時接收各個傳感器的數據，對數據進行分析處理，并將處理后的數據通過無線通訊模塊發送到路由器，再由路由器將各傳感節點的數據匯聚到網關[4]。傳感節點采用市電供電，節點結構如圖2所示。

1.2.2 網關設計。網關主要由ARM微控制器、4G通信模塊、以太網模塊、ZigBee協調器模塊和電源模塊組成。其功能是將無線傳感節點發送的數據轉發到花卉環境監控中心[5]。網關結構如圖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，配置2GB雙通道DDR3 的內存和16 GB存儲，穩定性強，可靠性高，處理能力強[6]，操作系統采用Linux，成本低，可擴展多種功能模塊；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，發射功率為23 dBm；ZigBee協調器模塊采用XBEEZNet2.5，該模塊功耗低，通過硬件設置，可分別工作于路由器、終端節點和協調器3種工作模式，也可自動生成路由，組成自恢復網絡；以太網模塊采用USR-TCP232-T2模塊，支持HTTP協議傳輸[7]。

2 結論

通過應用，基于物聯網的花卉環境監測系統能滿足生產需求。無線傳感節點采集的數據能實時反映溫室大棚環境變化；花卉溫室大棚環境監測中心可為管理人員提供圖形化的數據形式，并實現信息共享[8-9]；通過遠程客戶端可查詢、下載和瀏覽數據。系統性能可靠、工作穩定，達到了預期目標。

3 參考文獻

[1] 牛磊.基于農業物聯網的田間環境監控系統設計與是實現[D].北京：中國民族大學，2012.

[2] 呂偉德.基于物聯網技術的水培花卉智能生產關鍵技術的研究與應用[D].杭州：浙江大學，2014.

[3] 李道亮.物聯網與智慧農業[J].農業工程，2012，2（1）：18.

[4] 王建平.基于物聯網技術的智能蔬菜大棚構建[J].廣東農業科學，2011（5）：200-201.

[5] 張觀山.果園智能灌溉系統的開發[D].泰安：山東農業大學，2014.

[6] 趙偉.基于遠程通信技術的溫室環境控制系統研究與實現[D].北京：中國農業科學研究院，2010.

[7] 王冬.基于物聯網的智能農業監測系統的設計與實現[D].大連：大連理工大學，2013.

[8] 張研.物聯網在現代農業中額應用與前景展望[D].哈爾濱：東北農業大學，2011.

[9] 常超.基于WSN的精準農業遠程環境監測系統設計[J].傳感技術學報，2011，2（6）：799-833.