基于溫室環境的監察系統

王海峰 王一帆 蘇聰

摘?要：針對國內農業設施中存在的不足之處，設計了基于ZigBee無線網絡的智能溫室環境監測系統。該監測系統由ZigBee無線傳感器節點、無線路由器節點、無線網絡協調器和監控主機四部分組成，還可通過移動終端對溫室環境進行遠程監測。實驗表明系統能夠對植物的環境參數變化做出反饋控制。從而對溫室內環境進行調節，保持著有利于植物生長的最優環境參數。

關鍵詞：智能溫室;ZigBee;終端控制;遠程監測

目前多數溫室依舊采用根據生產經驗進行生產管理，自動化程度較低，效益良莠不齊。在溫室環境生產農作物時，綜合利用多種先進的設施和技術，模擬農作物生長的最佳環境條件并消除不良的環境因素對作物生長的影響，從而縮短農作物的生長周期已成為重要的研究方向。本文通過Zigbee通訊技術組合傳感器和智能終端設備，設計了一套基于Zigbee技術的智能溫室環境監測系統，該系統可以實時獲取并控制溫室大棚內的環境數據。

1 系統總體設計

1.1 溫室環境監察系統的總體設計

本系統的總體設計系統框圖如圖1所示：

由系統框圖1可知，設計的該監測系統能夠實現對溫度、土壤濕度、雨量、風速、氣體、光照的檢測，根據檢測值的大小，實現對排風扇、水泵、卷簾機等的控制。終端是基于CC2530的嵌入式信息采集及控制模塊;協調器是將各個終端的信息進行整理，并將整理后的數據通過WIFI模塊發送給移動終端。手機的控制指令通過WIFI模塊發送給協調器，協調器會根據接收到的命令及終端地址，將指令發送給相應的終端，終端接收到指令后進行相應動作。同時每一個終端也可以通過自身的顯示屏實時顯示數據。

1.2 軟件的總體結構

系統軟件結構的是在函數接口的基礎之上建立的，主要有三個層次：系統平臺層，協議層和應用層。系統平臺層調用一些基本的接口函數完成對整個系統的一系列初始化，同時為協議層提供相應的驅動服務。協議層既要實現802.15.4的PHY和MAC層協議，又要實現Zigbee網絡層的協議，同時還要為應用層提供服務。應用層則主要是通過函數接口調用協議層所提供的功能，以實現對整個網絡的管理。

1.3 手機客戶端設計

客戶端應用軟件是運行于Android手機的溫室環境遠程監控軟件。該軟件是實現遠程監控和人機交互的關鍵。開發需要在計算機上搭建Android平臺;利用Eclipse開發環境編寫應用軟件。手機能夠登錄手機APP界面，遠程觀察溫室環境里各項參數的值，并能夠改變檢測數據的各項閾值，在系統低于或高于響應閾值時，系統能夠自動報警;同時也能夠進行反饋調節使其恢復正常參數。

2 系統測試結果分析

2.1系統內部硬件

為了檢測基于溫室環境的監察系統各方面功能的穩定性，我們在模擬的溫室環境中放置了植物——水草和小苗;通過整個系統對模擬溫室內的環境進行監測;

模擬系統實物如圖2所示，在系統內部采用了如煙霧傳感器、二氧化碳傳感器、土壤水分傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、風速風向傳感器等多種傳感器;從而多方位的檢測溫室內植物生長環境參數并能夠及時進行調節，使植物始終處于最適宜生長環境。

圖3為部分終端屏幕及其顯示內容，該模擬平臺采用直流開關電源進行供電，當電源供電時，系統指示燈亮起，屏幕顯示提示文字，并開始進行環境數據的采集。

顯示器面板上的各項數值會實時反饋到手機客戶端上，根據相對應的各項參數可手動或自動進行環境調節，如系統檢測到實時土壤濕度低于預設值，則系統自動啟動水泵進行灌溉。也可在鍵盤上人工按下灌溉，水泵即時運轉。

2.2 溫室植物生長實驗

為驗證系統的穩定性及實用價值，在模擬溫室環境系統中栽培芽苗菜，設置對照組實驗;一組為自動調節的溫室環境組（A組），一組為人工調節的溫室環境組（B組）。通過觀察記錄芽苗菜生長情況來判斷哪種方式的環境調節更具有優越性。

圖4芽苗菜生長參數折線圖，根據圖4參數設置系統調節參數為溫度17℃左右、濕度60%。

通過十天的時間對芽苗菜的生長情況進行持續觀察記錄得表中的實驗數據，數據顯示A組植株生長速度更快，即就是在自動調節的溫室環境里培植的芽苗菜在相同時間段里植株更高，說明自動調節的溫室環境更適宜作物生長。

3 結語

本次基于Zigbee無線網絡的溫室環境監測系統設計，是針對現溫室環境種植或反季節種植的控制系統。本產品綜合運用傳感器采集、設備控制、無線傳感器網絡，依托部署在溫室中的各種傳感器節點、控制節點、智能網關與客戶端實現溫室大棚農業生產環境的智能感知、智能控制以及智能預警等，為農業高效生產提供保障。對未來溫室環境監測系統的發展具有一定的參考意義。

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