多終端智能控制菜園種植系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

華南理工大學(xué)廣州學(xué)院 梁文坤 繆文南

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多終端智能控制菜園種植系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

華南理工大學(xué)廣州學(xué)院 梁文坤 繆文南

【摘要】如今追求環(huán)保、綠色、鄉(xiāng)園田野已經(jīng)成當(dāng)今的一種生活時(shí)尚，生活水平和質(zhì)量的不斷提高，以及對(duì)食品安全關(guān)注度的日益提高，人們開始在自家陽(yáng)臺(tái)種果種菜，不僅經(jīng)濟(jì)實(shí)惠而且綠色環(huán)保，這是一種值得提倡的節(jié)能生活方式，本系統(tǒng)網(wǎng)針對(duì)家庭生活中的陽(yáng)臺(tái)種植，能非常方便地輔助用戶種植自己的蔬菜，極大節(jié)省自己的時(shí)間和精力。

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)采集；無(wú)線傳輸；智能控制；數(shù)據(jù)分析；遠(yuǎn)程控制

1　引言

隨著人們生活水平的提升，對(duì)食品安全問題的進(jìn)一步關(guān)心，對(duì)綠色食品的要求越來越高，人們更渴望吃到真正價(jià)格低廉、天然無(wú)污染的放心菜，那么自種自吃將會(huì)是你的不二選擇，在自家的陽(yáng)臺(tái)改造成屬于自己的菜園，成功收獲自己種的蔬菜，并且吃上自己做的菜將會(huì)是一件非常有成就感的事情。

針對(duì)于城市中這一占大部分的群體，我隊(duì)研發(fā)了一套育菜自動(dòng)化系統(tǒng)讓城市的區(qū)民能夠體驗(yàn)陽(yáng)臺(tái)種菜的便利性，實(shí)用性，讓陽(yáng)臺(tái)培育疏不再是一件辛苦的事情，隨時(shí)隨地按下手指便能育菜。

本用戶體驗(yàn)由五方面組成：1）下位機(jī)數(shù)據(jù)采集，無(wú)線發(fā)送數(shù)據(jù)；2）短程無(wú)線控制和接收信息；3）實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控；4）PC機(jī)上圖形分析；5）通過短信進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋。

2　系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

如圖1所示，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為以下具體五方面：1）菜園控制端，采集菜園環(huán)境各類參數(shù)（溫度、光照強(qiáng)度、土壤濕度），實(shí)時(shí)無(wú)線發(fā)送采集數(shù)據(jù)，并接收其他調(diào)整環(huán)境因素的控制信號(hào)；2）育菜移動(dòng)終端，在菜園附近實(shí)時(shí)無(wú)線接收菜園環(huán)境各類參數(shù)，可智能提示、手動(dòng)或智能反控制菜園環(huán)境（即控制光照強(qiáng)度、溫度、土壤濕度等因素，下文均以控制菜園環(huán)境表示）；3）E家的移動(dòng)綠巨人管理軟件，通過轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)端接收到的數(shù)據(jù)，再串口傳遞數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)分類，生成報(bào)表，圖形曲線分析，數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，和手動(dòng)或智能反控制菜園環(huán)境；4）以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)控制，通過攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)視，網(wǎng)頁(yè)控制開關(guān)，控制菜園環(huán)境；5）GSM手機(jī)網(wǎng)控制，手機(jī)發(fā)送信息可獲取當(dāng)前菜園環(huán)境參數(shù)，同時(shí)也可以進(jìn)行短信控制菜園環(huán)境。即可到到智能控制、管理菜園。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖2 程序流程框圖

3　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

多終端智能控制菜園種植系統(tǒng)由菜園控制模塊、育菜無(wú)線控制與接收模塊、PC機(jī)管理模塊、網(wǎng)絡(luò)攝像監(jiān)控模塊和手機(jī)控制模塊構(gòu)成。這是本系統(tǒng)的總體構(gòu)成，以上模塊是依據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能而設(shè)計(jì)制作的，依據(jù)實(shí)事求是的精神，逐步實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的功能。這樣有助于各個(gè)模塊的銜接以及縮短調(diào)試時(shí)間。

3.1硬件實(shí)現(xiàn)

3.1.1下位機(jī)模塊

下位機(jī)模塊是以STC89C52單片機(jī)為核心，主要是為了無(wú)線的收發(fā)，繼電器模塊的控制，溫度、濕度、光照強(qiáng)度的讀取等組成。主要負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)發(fā)送的作用。

3.1.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊

采用nRF24L01，該模塊是由NORDIC［1］出品的工作2.4GHz～2.5GHz的ISM 頻段的單片無(wú)線收發(fā)器芯片。無(wú)線收發(fā)器包括：頻率發(fā)生器、增強(qiáng)“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器和解調(diào)器。輸出功率頻道選擇和協(xié)議的設(shè)置可以通過SPI 接口進(jìn)行設(shè)置。可以連接到單片機(jī)進(jìn)行處理，完成無(wú)線數(shù)據(jù)傳送工作。

3.1.3 傳感器模塊

溫度采集采用的是DS18B20，該傳感器具有獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。 測(cè)溫范圍-55℃～+125℃，固有測(cè)溫分辨率0.5℃，滿足現(xiàn)實(shí)需要。

土壤相對(duì)濕度傳感器是由LM358進(jìn)行放大信號(hào)處理而得到土壤相對(duì)濕度。

光照強(qiáng)度的測(cè)量采用光敏電阻，該電阻價(jià)格便宜，實(shí)用性強(qiáng)，該電阻是隨光照強(qiáng)度的變化而變化的，通過將采集的電壓信號(hào)經(jīng)AD轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光照強(qiáng)度的測(cè)量。

3.2軟件實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的軟件開發(fā)主要由三部分構(gòu)成，一是基于單片機(jī)STC89C52的硬件控制和信息接收的C語(yǔ)言開發(fā)，二是基于PC機(jī)的圖形軟件LABVIEW的開發(fā)，三是基于STM32單片機(jī)的uCOS系統(tǒng)開發(fā)。

如圖2所示，系統(tǒng)先初始化，在進(jìn)入系統(tǒng)后，下位機(jī)采集的數(shù)據(jù)與終端進(jìn)行數(shù)據(jù)的無(wú)線傳送，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的向PC終端、手機(jī)終端和手持移動(dòng)終端進(jìn)行顯示與查詢。

4　系統(tǒng)測(cè)試

在恒定的室溫環(huán)境中，放溫濕度計(jì)、照度計(jì)等設(shè)備進(jìn)入該小菜園中。啟動(dòng)該系統(tǒng)，檢查電路的通斷情況，并測(cè)試所有檢測(cè)模塊的運(yùn)行情況。讓該系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，開始采集接收溫度、濕度、光照強(qiáng)度的數(shù)值，持續(xù)一段時(shí)間，得出數(shù)據(jù)后進(jìn)行分析，對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)采集器所得到的數(shù)據(jù)，計(jì)算其誤差。另一方面，通過上位機(jī)和移動(dòng)中斷進(jìn)行繼電器模塊的控制，觀察其對(duì)應(yīng)電路是否啟動(dòng)。結(jié)果如表1所示。

表1　繼電器控制情況表

5　總結(jié)

這套系統(tǒng)產(chǎn)品主要應(yīng)用于家庭的陽(yáng)臺(tái)菜園、果園，代表一種綠色、低碳、健康、環(huán)保的全新生活理念和做到一種“網(wǎng)上種菜回家吃菜“休閑健康的全新生活?yuàn)蕵贩绞?，陶冶都市生活情趣?/p>

該系統(tǒng)網(wǎng)可以從較大范圍隨時(shí)隨地對(duì)菜園進(jìn)行可監(jiān)可控，讓“全民一起來種菜”成為了可能，體現(xiàn)出智慧城市，智慧生活，綠色生活的理念。

近年來隨著陽(yáng)臺(tái)菜園這個(gè)朝陽(yáng)行業(yè)的發(fā)展，勢(shì)必會(huì)有越來越大的市場(chǎng)空間，也蘊(yùn)含著相當(dāng)大發(fā)展?jié)摿蜕虣C(jī)。但是目前網(wǎng)上雖有較多種菜交流學(xué)習(xí)論壇，但是把它做成產(chǎn)業(yè)的企業(yè)卻非常少。在此基礎(chǔ)上運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)提供種植的企業(yè)就更少了，而且市場(chǎng)上還未有局域網(wǎng)，手機(jī)網(wǎng)的技術(shù)融合，并且本身以這個(gè)作為發(fā)展方向，做成多用戶體驗(yàn)便是一種特色，它代表著一種全新的生活理念，代表著便利，簡(jiǎn)單，綠色、低碳、健康。

該套系統(tǒng)由于應(yīng)用范圍廣，可以投入大規(guī)模生產(chǎn)的應(yīng)用，如大棚蔬菜，農(nóng)業(yè)種植，花園市場(chǎng)等多種行業(yè)。

參考文獻(xiàn)

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［4］布魯姆，劉章發(fā)，衣法臻 等.LabVIEW編程樣式［M］.電子工業(yè)出版社，2009.

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