基于WSN的植物管家系統(tǒng)

謝石璞

【摘 ?要】在溫室種植過程中，為實(shí)現(xiàn)對溫室內(nèi)環(huán)境的檢測與對溫室系統(tǒng)的智能控制，營造適于生物生長發(fā)育及農(nóng)產(chǎn)品的貯存與保鮮的環(huán)境，設(shè)計(jì)出一款能夠智能檢測與調(diào)控溫室環(huán)境參數(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)，即植物管家系統(tǒng)。本監(jiān)控系統(tǒng)采用stm32f103c8t6型號(hào)單片機(jī)，利用無線傳感器wsn技術(shù)，將各傳感器采集來的數(shù)據(jù)通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到中央處理器，由中央處理器通過自動(dòng)干預(yù)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方法，調(diào)節(jié)溫室中的內(nèi)部環(huán)境參數(shù)，到達(dá)智能管控的目的。

【關(guān)鍵詞】溫室環(huán)境參數(shù)，WSN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，智能管控

中圖分類號(hào)：TP273.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

設(shè)計(jì)思路：農(nóng)業(yè)溫室智能控制是指對人工建造的設(shè)施，通過調(diào)節(jié)和控制局部范圍內(nèi)環(huán)境因素，為作物生長提供最適宜的環(huán)境條件，使作物處于最佳生長狀態(tài)，從而獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的農(nóng)產(chǎn)品[1]。隨著大中城市對新鮮蔬果的需求日益高漲，溫室農(nóng)業(yè)得到了迅速的發(fā)展。溫室大棚內(nèi)部的環(huán)境溫濕度等參數(shù)對農(nóng)作物的生長起著至關(guān)重要的作用，而現(xiàn)有的溫室大棚在環(huán)境監(jiān)控上存在一些不足：

1.溫室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)大多是采用人工或預(yù)先布線的有線采集方式。加大了工作量，難以保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和有效性;

2.采用有線數(shù)據(jù)采集的監(jiān)測系統(tǒng)，受地理位置、物理線路和復(fù)雜環(huán)境因素的影響，具有明顯的局限性。

3.基于工控機(jī)的控制器成本高不易普及。[2]

為此，采用新興的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（WSN），設(shè)計(jì)了一種生物生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。可利用溫度傳感器、土壤濕度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器、等多種傳感器對各種生態(tài)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行采集，通過STM32單片機(jī)對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理，通過各種外設(shè)對檢測到部分異常重要的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行自主處理，再通過WiFi網(wǎng)絡(luò)使數(shù)據(jù)在上位機(jī)顯示，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控及數(shù)據(jù)共享;提醒和幫助管理者對所管理的區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。

1產(chǎn)品優(yōu)勢

系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上存在三大優(yōu)勢：

1.價(jià)格低廉，安裝方便的檢測網(wǎng)絡(luò)。

2.建立一個(gè)無線局域網(wǎng)，擺脫布線束縛。

3.將檢測裝置做成一個(gè)個(gè)的獨(dú)立單元，每個(gè)單元既可獨(dú)立作業(yè)，也可以通過連接局域網(wǎng)，形成一個(gè)大的檢測網(wǎng)絡(luò)。

2制作過程

（1）模塊選擇與電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)包括處理器模塊、無線通信模塊、傳感器模塊和電源模塊四大部分，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、處理和無線收發(fā)等功能。整體原理圖如圖1。

1）處理器模塊。控制核心采用STM32F103型號(hào)單片機(jī)。

2）電源模塊。

3）無線通信模塊。可以通過配置和單片機(jī)上串口進(jìn)行通信，利用WIFI傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對系統(tǒng)的控制。

4）傳感器模塊。作物生長環(huán)境因素?cái)?shù)據(jù)的采集是溫室環(huán)境控制中的關(guān)鍵技術(shù)之一。傳統(tǒng)傳感器采集信號(hào)均采用分立器件進(jìn)行數(shù)據(jù)信息采集，占用系統(tǒng)資源，對中央處理器要求較高。而帶有中央處理器的傳感器節(jié)點(diǎn)具有體積小、功耗低、可靠控制核心[3]。傳感器節(jié)點(diǎn)分布在各待測區(qū)域，考慮到性能、功耗、體積和成本等因素，選擇土壤濕度傳感器、空氣溫濕度檢測傳感器、水位傳感器、光照強(qiáng)度傳感器以及0LED顯示屏。

（2）程序及APP編寫

基于各種功能模塊為系統(tǒng)編寫程序。

由于系統(tǒng)可通過WiFi與手機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)手機(jī)對系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。為系統(tǒng)編寫了上位機(jī)操作頁面，建立成一個(gè)APP軟件，頁面如圖3。

（3）整體調(diào)試

1）線上調(diào)試：運(yùn)用ST-link v2仿真器對程序進(jìn)行線上仿真調(diào)試。

2）線下調(diào)試：對整個(gè)系統(tǒng)硬件搭建完成后，進(jìn)行軟件調(diào)試，通過不斷的演示調(diào)試，實(shí)現(xiàn)各種功能

（4）外觀設(shè)計(jì)

系統(tǒng)完成后，對其整體外觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其更加美觀。

3成品及功能介紹

可運(yùn)用在溫室農(nóng)業(yè)中，實(shí)現(xiàn)以下應(yīng)用功能：

1.可用于溫室大棚的環(huán)境檢測。

通過一套網(wǎng)絡(luò)完成溫、濕、光等的數(shù)據(jù)采集和環(huán)境控制，可有效提高農(nóng)業(yè)集約化生產(chǎn)程度，使生態(tài)環(huán)境監(jiān)測和管理更加科學(xué)，從而達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量、改良品種、調(diào)節(jié)生長周期、提高經(jīng)濟(jì)效益的最終目的。

2.可為珍貴植物的生長條件進(jìn)行檢測。

根據(jù)分析結(jié)果農(nóng)業(yè)人員就可以在人造環(huán)境下進(jìn)行逼真的模擬，為高經(jīng)濟(jì)價(jià)值作物的生長條件分析與人工干預(yù)等提供科學(xué)依據(jù)。通過智能管理系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)并參考最佳作物生長指標(biāo)對農(nóng)業(yè)環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。

參考文獻(xiàn)：

[1]秦國成，秦貴，張艷紅.設(shè)施農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].農(nóng)業(yè)工程，2012，2（03）：8-11.

[2]吳小偉，史志中，鐘志堂，武文娟，張璐，丁莉，崔軍.國內(nèi)溫室環(huán)境在線控制系統(tǒng)的研究進(jìn)展[J].農(nóng)機(jī)化研究，2013，35（04）：1-7+18.

[3]董永勝.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2010，29（09）：59-62

（作者單位：山東科技大學(xué)）