智能溫室數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)＊

金承楊，胡明，郭健鵬，魏偉偉，高紫云

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院，江蘇徐州221000）

智能溫室數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)＊

金承楊，胡明，郭健鵬，魏偉偉，高紫云

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院，江蘇徐州221000）

隨著社會(huì)的發(fā)展，一些國(guó)家推出了智能溫室控制系統(tǒng)來(lái)應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)溫室種植方法的弊端，其產(chǎn)量得到了提高。但我國(guó)的氣候、土壤和其他生產(chǎn)因素與國(guó)外大不相同，引進(jìn)的智能溫室系統(tǒng)未能很好地提高產(chǎn)量，產(chǎn)生了后期的巨額維護(hù)費(fèi)、操作界面不便等問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，進(jìn)行了智能溫室系統(tǒng)的改進(jìn)，使之在未來(lái)能大范圍推廣，并應(yīng)用于大規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。利用東軟載波單片機(jī)HR7 P194、MH-Z19二氧化碳傳感器、DHT22溫濕度傳感器、BH1750光照傳感器設(shè)計(jì)了溫室環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將其數(shù)據(jù)傳至上位機(jī)，利用上位機(jī)強(qiáng)大分析計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室數(shù)據(jù)的優(yōu)化調(diào)控。

智能溫室；HR7P194；單片機(jī)；優(yōu)化調(diào)控

1 智能溫室系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 智能溫室系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)包括MH-Z19（CO2傳感器）、DHT22（溫濕度傳感器）、BH1750（光照傳感器）、1602顯示電路、HW2000模塊、GSM模塊以及繼電器控制模塊。溫室環(huán)境檢測(cè)裝置框圖如圖1所示。

圖1 溫室環(huán)境檢測(cè)裝置框圖

1.2 單片機(jī)控制模塊電路設(shè)計(jì)

在溫室系統(tǒng)的單片機(jī)選擇方面，我們可以根據(jù)環(huán)境以及所需求的精度可靠性等一系列的指標(biāo)來(lái)進(jìn)行選取，本文將以性?xún)r(jià)比高的HR7P194單片機(jī)進(jìn)行溫室系統(tǒng)的搭建。相比于其他同價(jià)的單片機(jī)，此款單片機(jī)具有較大的Flash程序儲(chǔ)存器和靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器SRAM，且擁有8位定時(shí)器、PWM時(shí)基定時(shí)器16位門(mén)控定時(shí)器、10位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器等一系列模塊。

1.3 傳感器模塊電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)傳感器模塊電路包括MH-Z19（CO2傳感器）、DHT22（溫濕度傳感器）、BH1750（光照傳感器）。

DHT22濕敏電容數(shù)字溫濕度模塊是一款溫濕度復(fù)合傳感器。該模塊采用了標(biāo)準(zhǔn)的單總線接口，使得系統(tǒng)集成變得更加簡(jiǎn)單快捷，信號(hào)的傳輸距離可達(dá)20 m，該產(chǎn)品只使用3根引線，使連接更加方便。

BH1750FVI模塊集成了光照強(qiáng)度傳感器，輸出數(shù)字型的信號(hào)，其數(shù)據(jù)通信方式采用了兩線制的串行總線IIC總線。

MH-Z19二氧化碳?xì)怏w傳感器模塊提供串口（UART）、模擬（DAC）、PWM波形三種輸出方式，操作較靈活。本設(shè)計(jì)為了操作方便，減少數(shù)據(jù)的換算，采用串口的輸出方式。

1.4 液晶顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用LCD1602顯示相關(guān)參數(shù)。1602編程簡(jiǎn)單，因其內(nèi)部存儲(chǔ)的不同的字符圖形具有不同的固定代碼，只要按規(guī)定的時(shí)序直接編寫(xiě)軟件即可以顯示1602所能提供的任意字符圖形，采用1602是因?yàn)槠滹@示字跡清楚，且價(jià)格相對(duì)低廉。

1.5 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

使用GPRS模塊及Zigbee模塊實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)溫室環(huán)境參數(shù)實(shí)現(xiàn)分散布點(diǎn)、多點(diǎn)采集、遠(yuǎn)程傳輸及調(diào)控水簾、風(fēng)機(jī)等設(shè)備，以?xún)?yōu)化調(diào)整各種參數(shù)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)框圖如圖2所示。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

主程序初始化之后獲取實(shí)時(shí)溫度、濕度、光照、濃度等一系列的數(shù)值，根據(jù)識(shí)別情況判斷是否調(diào)用相應(yīng)的子程序并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；控制繼電器和液晶顯示，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)整合后通過(guò)無(wú)線傳輸模塊傳給上位機(jī)。

數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)越是精準(zhǔn)，則其溫室的調(diào)節(jié)環(huán)境的靈敏度就越好，從而使溫室時(shí)時(shí)處于一個(gè)最優(yōu)化的環(huán)境中，才能使最后產(chǎn)值最優(yōu)。

圖2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)框圖

3 系統(tǒng)測(cè)試

為了檢測(cè)系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性及優(yōu)化調(diào)控效果，系統(tǒng)先后在持續(xù)高溫、低溫及陰雨天進(jìn)行測(cè)試。在各個(gè)環(huán)境下經(jīng)過(guò)6個(gè)月的不間斷數(shù)據(jù)采集傳送和數(shù)據(jù)分析優(yōu)化控制，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：在這時(shí)間段內(nèi)，無(wú)論在高溫情況下，還是在低溫情況下，智能溫室數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)都能夠穩(wěn)定、精確地進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期、多次測(cè)試結(jié)果表明，本系統(tǒng)能夠在夏季高溫和冬季嚴(yán)寒天氣中進(jìn)行有效、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸，性能穩(wěn)定，適合智能溫室進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸與采集，能實(shí)時(shí)對(duì)內(nèi)環(huán)境進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，從而有效地控制水簾、水泵等設(shè)備對(duì)溫室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行調(diào)整，使溫室達(dá)到植物生長(zhǎng)最優(yōu)化數(shù)值。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文所構(gòu)建基于HR7P194單片機(jī)和MH-Z19、DHT22、BH1750等傳感器組成的智能溫室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能有效、穩(wěn)定地采集傳輸溫室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫室內(nèi)環(huán)境的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、穩(wěn)定監(jiān)測(cè)，從而有效控制水簾，水泵等設(shè)備對(duì)溫室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行調(diào)整。

〔編輯：張思楠〕

TP274.2

：A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.16.080

2095－6835（2017）16－0080－02

江蘇省青藍(lán)工程資助課題，江蘇省大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“基于信息融合的溫室環(huán)境優(yōu)化調(diào)控系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)”（編號(hào)：201613579002Y）。