基于物聯網的蔬菜大棚監控系統設計

劉博 周華平

一、研究背景及意義

大棚蔬菜對生長環境的要求很高，大棚內的溫度、濕度、光照、CO2濃度等條件都不同程度地影響著蔬菜的生長，管理好蔬菜大棚是一項異常繁瑣的工作，農戶除了要有一定的種植技術，還需要隨時了解大棚內的環境狀況。當農戶種植反季節蔬菜時，更需要全天候照看大棚蔬菜，由此造成人力資源的浪費，農戶普遍收益不高。如何在降低投資的基礎上，減少人力成本，完成蔬菜大棚的增值創收成為當前農戶的迫切需求.物聯網（Internet of Things，IoT）是具有標識、感知和智能處理能力，借助通信技術互連而成的網絡，目的在于為人們提供智能服務，所以基于無線傳感網絡的蔬菜大棚監控系統必將減輕農民的負擔，用科技的手段幫助農民致富，此系統具有很強的實用價值，可以迅速推廣。

二、總體設計方案

（一）系統方案論證

該方案采用終端集成通信模塊（ESP8266）+OneNet設備云平臺的方法，是一個簡單的二級簡化系統，ESP8266是目前國內外比較流行的物聯網通信模塊，該模塊內部通過一個32位ARM11內核和四兆的Flash存儲器集成了無線數據通信轉發和終端數據采集功能，ESP8266即可作為一個無線通信模塊使用，同時又可作為一個MCU主控芯片，當做終端模塊使用。ESP8266在智能農業大棚的作用是將采集的室內土壤溫濕度，光照強度等數據上傳到云平臺，此時OneNet負責接收數據存儲，并將其轉發給遠程移動端。

方案閃光點：將終端采集模塊與無線通信模塊合二為一，與傳統的物聯網解決方案相比，省去了主控芯片，在OneNet設備云平臺實現遠程監控的界面不需要單獨的開發，只需要在云平臺上關聯相關的數據流即可生成，OneNet官方提供手機APP版，我們只需在線登錄手機打開APP，就可實現遠程移動端監控。極大地縮短了開發周期，節約開發成本。

方案弊端：ESP8266集終端與網絡通信于一體，因此其內部可用資源單調，同普通的單片機（MCU）相比，其外設I/O很少。方案如下圖2-1所示。

（二）系統總體設計方案

基于ESP8266與OneNet設備云平臺的智能蔬菜溫室大棚遠程監控系統的總體設計方案如圖2-2所示：由于ESP8266的I/O資源有限，所以本方案把終端數據的采集與控制分為了兩個部分，一塊ESP8266用作傳感器數據采集，其中室內溫度范圍在5～45攝氏度，空氣干濕度可監測的范圍在10～90%，土壤干濕度范圍在0～100%，土壤溫度范圍在5～45攝氏度。在另一塊ESP8266用作對執行器的控制。其中加熱、排風。滴灌卷簾通過繼電器控制，白熾燈和彩燈通過智能終端輸出不同占空比的PWM波形經過驅動電路輸出不同量程的電流來控制燈光的光照強度?？刂平K端采用個人PC機（臺式機電腦或筆記本）和遠程移動終端（手機、PAD等）實時在線監控。

三、系統實驗驗證及數據測試分析

通過在物聯網實驗室仿照大棚進行實驗，觀察光照和溫濕度。用IAR Embedded Workbench for 8051開發環境中的運行程序按鈕運行程序，如圖3-1所示，用串行助手進行實時查看光照，如圖3-2，光越暗采集的值越小。

對溫度和濕度的監控結果如圖3-3所示。

由實驗室模擬大棚蔬菜實驗，可觀察到溫度，濕度，光照等的變化，當傳感節點檢測到大棚出現光照變強，控制終端會采用卷簾控制，當檢測到光照變弱，會自動采取燈光控制。當檢測到溫度變高，會采取排風控制，當檢測到溫度變低，會采取加熱控制。

四、小結

本研究介紹了基于物聯網技術的分布式蔬菜大棚監控系統，提高了農業種植的效率。這樣的物聯網自動化系統給農民帶來了前所未有的便利，讓他們只需要一部手機或電腦便能運籌帷幄，通過這智能管理，實現一個人輕松管理幾個大棚，給農民創造更多的財富，解放農民的生產力。