農業大棚空氣質量監測系統設計

劉萍萍，郁 軍，崔 煜

（天津德致倫電子科技有限公司，天津 300387）

農業大棚可以種植有機農產品、名貴苗木，實現反季種植與精品種植。傳統農業的生產效率低、信息化程度低。物聯網技術能夠實現農業大棚的自動化管理，節約人力成本。設計一種基于Android和Zigbee技術的智能農業大棚監控系統，能實現大棚內光照、溫度、濕度等環境信息的遠程實時監控。有文獻提出一種基于STM32微處理器的農業大棚環境的智能測控系統，實時控制棚內參數，保持作物生長環境參數穩定。設計一種基于物聯網的農業大棚環境監測系統，采集空氣溫濕度等6個環境參數，通過GPRS網絡傳輸到云服務器。現有的文獻研究多關注于農業大棚的土壤、溫濕度、光照，而對大棚內的空氣質量關注較少。棚內多數空氣污染物對植物的生長產生極大的危害，部分污染物會在空氣的滯留很長時間，不易消散。文章提出一種農業大棚空氣質量監測系統，以IAPW4K58S4單片機為控制核心，包括溫濕度、甲醛、二氧化碳等各種傳感器，實現對大棚內部空氣質量的實時檢測。

1 總體方案設計

農業大棚空氣質量監測系統以單片機為控制核心，融合多種傳感器檢測技術，采用Wi－Fi通信技術，實現數據通信功能與遠程顯示功能。

硬件主要由控制器、數據采集、通信、環境處理四個方面組成。各個采集模塊實時采集大棚內空氣質量信息，這些數據經過單片機處理后，通過Wi－Fi模塊和手機進行實時交互，手機屏幕顯示采集的數據，當空氣質量不符合植物生長標準時，環境處理裝置進行處理并通知手機。

1.1 單片機最小系統

本設計所采用IAPW4K58S4單片機具有74HC 595串入并出電路的功能，且不需要外部晶振，支持在線編程和擁有強大的擴展，寬電壓與高速的8通道A/D轉換器為應用環境提供了強有力的支撐，也為智能終端收到準確數據提供保障。

1.2 煙霧傳感器

本設計選取MQ－2型號煙霧傳感器。該傳感器屬于表面離子式N型半導體，采用二氧化錫半導體氣敏材料。當模塊處于200～300℃時，二氧化錫吸附空氣中的氧，形成氧的負離子吸附，使半導體中的電子密度降低，進而使其電阻值增加。當有煙霧進入時，晶粒間界處的勢壘會隨著煙霧濃度變化而變化，引起表面導電率變化。煙霧的濃度越大，導電率就越大，輸出電阻就越低，輸出的模擬信號就越大。

1.3 Wi-Fi模塊設計

Wi－Fi模塊實現單片機與手機之間的無線通信。本設計采用ESP8266無線通信模塊，該模塊是一款超低功耗的UART－WiFi透傳模塊，擁有小封裝尺寸和超低能耗技術，專為移動設備和物聯網應用設計。

2 控制程序設計

控制程序包括單片機處理程序和手機APP程序。

2.1 單片機處理程序

單片機處理程序主要包括采集數據處理、環境處理、Wi－Fi通信程序。

2.2 手機APP設計

安卓程序的設計思想是邏輯和視圖分離，因此在布局文件中做界面的編寫。然后把布局整體引入到活動中去。本設計在界面中設置IP、端口號、溫度、濕度、PM2.5濃度、甲醛濃度、煙霧濃度14個TextView控件和2個Button控件。其中溫度、濕度、PM2.5濃度、甲醛濃度、煙霧濃度TextView控件用來顯示單片機發來的數據，IP、端口號TextView控件用來顯示手機的IP和端口號。兩個按鈕控件用來控制風扇的轉停。

套接字編程，又稱socket編程，是APP程序的主要組成部分。該程序主要用于TCP/IP網絡間進程通信，及手機和Wi-Fi模塊間的進程通信。

網絡通信進程的流程依次是：（1）創建socket；（2）服務器監聽有沒有客戶端對其進行連接；（3）服務器等待客戶端對其連接；（4）服務器與客戶端連接；（5）通過socket創建輸入流與輸出流，進行讀寫數據；（6）通信結束后，關閉 socket。

3 結語

文章設計了一種基于單片機的農業大棚空氣質量監測系統，闡述了系統的硬件結構及程序設計，該系統利用多種傳感器檢測農業大棚內空氣質量參數，經過單片機處理后，通過Wi-Fi網絡發送給手機。預置空氣質量閾值，當采集的數據超過閾值時，通過環境處理裝置實時控制，達到保持大棚內的空氣質量符合作物生長的質量標準。本設計為農業大棚的智能化管理提供技術支撐，具有一定的實用價值。