一種家用型微小懸掛式智能大棚

蘇敏 殷柯裕 詹玉鋒 馬金燕 代亞文

針對有種植意愿而沒有足夠空間的現代人，設計了一種家用型微小懸掛式智能大棚。大棚是懸掛在陽臺頂部并采用自動升降技術對其進行上下移動，系統采用Zigbee無線傳輸技術實現對大棚環境的監控，充分利用濕度傳感器，土壤濕度傳感器，火焰報警器等傳感器對大棚中的不同植物的生長環境參數進行實時采集，通過預先設定的閾值來控制設備的運轉。該系統通過ESP8266模塊連接至互聯網，用戶可在移動端或CP端實現對于系統的實時監控與遠程操作，以保證農作物處于良好的生長環境。

一、背景及研究的意義

在物聯網時代的大潮流中，智能大棚得到更好地發展。智能大棚不僅能在不適宜植物生長的季節提供光照或水分等所需物質，而且能對大棚中的植物進行實時監控，精準化管和遠程控制，為人們對植物的科學管理帶來了極大地方便。

隨著新技術和自動化的發展，傳感器的使用數量越來越多，功能也越來越強，各種傳感器都已經標準版，模塊化，這為這個家用型微小懸掛式智能大棚系統的設計提供極大方便。

二、家用型微小懸掛式智能大棚總體設計

家用型微小懸掛式智能大棚系統分別由終端，無線傳感網絡，主控中心三部分組成。把無線傳輸技術，單片機原理，傳感器等技術與植物種植相結合，實現了家用型微小懸掛式智能大棚的自動化，精準化。

本大棚采用Zigbee無線傳輸技術實現對大棚環境的監控，充分利用空氣溫濕度傳感器，土壤溫濕度傳感器，光照強度等傳感器對大棚中的不同植物的生長環境參數進行實時采集，通過預先設定的閾值來控制設備的運轉。無線傳感網絡的終端節點連接著傳感器和繼電器。傳感器用來感知外界環境變化并采集相關數據。繼電器用來控制終端節點農業設施的運轉。協調器用來創建ZigBee網絡，為加入到網絡的節點分配地址。

三、模塊設計

（一）終端節點模塊

終端節點是由三部分組成，一部分采用的是監控環境數據的傳感器;另一部分則是由繼電器控制的農業設施，如風扇，日光燈，噴頭，卷簾，報警器等。還有一部分是人們用于遠距離觀察的客戶終端。

（二）無線傳輸網絡

無線傳輸網絡主要由ZigBee網絡構成。ZigBee是部署無線傳感器網絡的新技術。這種通訊技術是應用在短距離，低傳輸數據速度下的各種電子設備之間，它主要有以下特點：低功耗、網絡容量大、時延短、成本低、安全可靠。在ZigBee無線網絡協議中定義了全功能設備和精簡功能設備兩種功能設備，由于全功能設備可以支持任何一種拓撲結構，主要作為網絡的協調器和路由器。能夠和任何一種設備通信，所以大棚采用全功能設備，ZigBee協調器是整個無線傳輸網絡的中心，負責對整個ZigBee 網絡的搭建和維護。

（三）中心控制模塊

主控中心主要由STM32F 103RC開發板負責。STM32從串口讀取數據后，把大棚內的各種數據環境數據分別儲存在各個變量中用于判斷是否在預先設計的閾值范圍內，從而通過控制繼電器的開關來自動調節噴頭、風扇、日關燈、卷簾等的工作。

四、系統的實現

（一）除濕系統

DHTII 溫濕度傳感器采集大棚中的空氣濕度和溫度參數值，并將收集到的數據通過zigbee網絡發送給zigbee協調器，協調器將收到的數據整合處理后發送給串口，STM32讀取溫濕度傳感器DHTII的數據，了解大棚現在的環境狀態，將處理后的數據通過中口再傳至協調器，在由協調器將數據發送繼電器控制風扇打開并對大棚內部進行除濕操作。

（二）自動灌溉系統

本系統通過土壤溫濕度傳感器檢測并傳送土壤中的濕度信息至協調器STM32讀取溫濕度傳感器DHTII的數據，將處理后的數據再傳至協調器，協調器在將數據發送繼電器節點的噴頭，實現作物生長整個過程中所需的土壤濕度。

（三）光照系統

光照強度傳感器實時監控大棚中光線的強度，當光照強度大于設定的參數范圍時系統將通過單片機控制進步電機反轉從而達到光線要求，如果光照強度，還是達不到要求，單片機江將驅動繼電器控制的日光燈從而控制光照強度，延長光照時間。

（四）報警系統

報警系統主要用于預防突發危險應用火焰傳感器靈敏的感光性，采集大棚周圍環境的不正常參數。

（五）家用型微小懸掛式智能大棚升降系統

家用型微小懸掛式智能大棚采用了變壓整流技術，把220V的交流電轉變為控制器能使用直流電源。

五、結語

家用型微小懸掛式智能大棚通過HDTII溫濕度傳感器、土壤溫濕度傳感器、火焰傳感器的等傳感器采集大棚的各種情況數據，采用ZigBee無線組網技術傳遞數據信息，利用STM32單片機進行控制，實現了坐在辦公室也能對植物進行管理，解決日常生活中用戶自己沒時間種植的和沒地方種植的問題，為經常外出或沒有地方種植的用戶提供方便。這對人民生活帶來了極大的方便，具有重要的現實意義并且具有一定發展和應用前景。（作者單位：西京學院 商學院）