基于物聯網技術的微型種植大棚系統設計

楊溢恩 閃靜潔

(安徽新華學院，安徽 合肥 230000)

0 引言

隨著科技的發展，智能家居系統將愈加完備，遠程控制的微型種植大棚可以更快地融入智能家居系統。在家中不足1 m2的小地方，隨時可以種植新鮮的蔬菜和花卉，環保、衛生、綠色，親近大自然，可與家人一起播種，收獲。本產品設計讓大家擁有屬于自己的園圃，同時，在微型種植大棚上增加WiFi監控模塊，可控性強，對于在外地的工作者也可以輕松地管理家中菜園，不受季節限制，告別水、空氣、土壤污染。本作品實現智能控光、智能控溫、智能控濕、遠程控制等功能。

1 系統總體設計

本系統以STC89C51單片機為核心，通過溫、濕度傳感器和光照傳感器采集環境數據并在LCD1602液晶顯示，根據預先設定的數值，水泵、風扇、電機、水霧模塊自動調節周圍環境。主要采用WIFI模塊和攝像頭實現遠程控制，也可以通過手機APP進行遠程手動控制模式和視頻監測。

現場控制端：通過溫度傳感器DS1820、土壤濕度傳感器YL-69、光照傳感器BH1750采集棚內環境各類參數(溫度、光照強度、土壤濕度)，相應數據在LCD1602液晶顯示，顯示模塊在攝像頭監控范圍內；按鍵開關可設置環境參數的上下限，觸動上下限時，單片機驅動水泵、風扇、水霧模塊和電機工作，電機主要是為了帶動自動伸縮頂棚開閉；水霧模塊則是采用微孔霧化片，在檢測到周圍環境溫濕度變化后，用霧化水進行加濕降溫。

遠程控制端：WIFI模塊實時無線發送采集的環境數據給手機，手機APP同時也可以管理棚內環境，并訪問棚內設置的攝像頭，讀取視頻和截取實時照片。系統設計方案如圖1所示。

圖1 系統設計方案

2 硬件設計

2.1 WIFI通信模塊

WIFI模塊工作方式有2種：一是主動型串口設備聯網，就是每次數據交換之前，都是由串口WIFI模塊設備主動發起連接，然后再進行數據交換；二是被動型串口設備聯網，就是在每次數據交換之前，所有的串口WIFI模塊設備都是處于等待的狀態，然后服務器發起連接邀請，最后進行數據交換。

WIFI模塊相當是手機與MCU之間的“中轉站”，實時將“微型種植大棚”當中所測得的一些數據傳輸給云，如溫度傳感器測得的溫度，濕度傳感器測得“大棚”中所含水量的多少，同時也能將手機APP中的一些設置傳輸給“大棚”；在“云平臺交流”中也可發送信息推送到用戶的手機中，再通過WIFI模塊，將發送的信息產生的功能展現在種植大棚中。

2.2 溫度傳感器

非接觸式溫度傳感器，它能自動檢測環境溫度，當溫度超過35°，系統自動啟動風扇和水霧模塊進行降溫(圖2)。

圖2 溫度傳感器

2.3 濕度傳感器

土壤濕度傳感器可以根據土壤中水分的變化狀況獲得合理的灌溉決策——何時進行灌溉以及需要灌溉多少水等，避免灌溉過量或灌溉不足的現象出現，當土壤濕度低于10%RH則開水泵澆灌土壤增加濕度。

2.4 光照模塊

光照模塊自動檢測環境光照強度，當光照小于10 cd則開補光燈和打開自動伸縮頂棚補光，光照在10 cd～20cd之間則關閉補光燈，光照大于20 cd則關閉補光燈和自動伸縮頂棚。其原理如圖3所示。

圖3 光照強度傳感器

3 系統實現

本系統是一個小型的智能種植環境，從外形和功能上都接近于一種面向家庭使用的微型種植大棚，集自動澆水、補光、通風于一體，還專門安裝攝像頭可以遠程管理和觀賞。手機APP的實現，讓人們可以隨時隨地對農場進行監測和管理，從而實現科學的精細化種植。該設計不僅適用于家庭種植，還可以用于校園或家庭的科普實踐以及種植實驗。系統實現實物如圖4所示。

圖4 系統實現圖

4 結語

隨著科技的發展，智能家居系統將愈加完備，遠程控制的微型種植大棚可以更快地融入智能家居系統。在家中不足1 m2的小地方，隨時可以種植新鮮蔬菜和花卉，環保、衛生、綠色，親近大自然，可與家人一起播種，收獲。本設計讓大家擁有屬于自己園圃的同時，在微型種植大棚上增加上WiFi監控模塊，可控性強，對于在外地的工作者也可以輕松地管理家中菜園，不受季節限制，告別水、空氣、土壤污染。本作品實現智能控光、智能控溫、智能控濕、遠程控制等功能，具有一定的市場競爭力。