智能溫室數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)設計＊

金承楊，胡明，郭健鵬，魏偉偉，高紫云

（中國礦業(yè)大學徐海學院，江蘇徐州221000）

智能溫室數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)設計＊

金承楊，胡明，郭健鵬，魏偉偉，高紫云

（中國礦業(yè)大學徐海學院，江蘇徐州221000）

隨著社會的發(fā)展，一些國家推出了智能溫室控制系統(tǒng)來應對傳統(tǒng)溫室種植方法的弊端，其產(chǎn)量得到了提高。但我國的氣候、土壤和其他生產(chǎn)因素與國外大不相同，引進的智能溫室系統(tǒng)未能很好地提高產(chǎn)量，產(chǎn)生了后期的巨額維護費、操作界面不便等問題。針對這些問題，進行了智能溫室系統(tǒng)的改進，使之在未來能大范圍推廣，并應用于大規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。利用東軟載波單片機HR7 P194、MH-Z19二氧化碳傳感器、DHT22溫濕度傳感器、BH1750光照傳感器設計了溫室環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)將其數(shù)據(jù)傳至上位機，利用上位機強大分析計算能力，實現(xiàn)對溫室數(shù)據(jù)的優(yōu)化調(diào)控。

智能溫室；HR7P194；單片機；優(yōu)化調(diào)控

1 智能溫室系統(tǒng)硬件設計

1.1 智能溫室系統(tǒng)的總體設計

本系統(tǒng)包括MH-Z19（CO2傳感器）、DHT22（溫濕度傳感器）、BH1750（光照傳感器）、1602顯示電路、HW2000模塊、GSM模塊以及繼電器控制模塊。溫室環(huán)境檢測裝置框圖如圖1所示。

圖1 溫室環(huán)境檢測裝置框圖

1.2 單片機控制模塊電路設計

在溫室系統(tǒng)的單片機選擇方面，我們可以根據(jù)環(huán)境以及所需求的精度可靠性等一系列的指標來進行選取，本文將以性價比高的HR7P194單片機進行溫室系統(tǒng)的搭建。相比于其他同價的單片機，此款單片機具有較大的Flash程序儲存器和靜態(tài)隨機存取存儲器SRAM，且擁有8位定時器、PWM時基定時器16位門控定時器、10位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器等一系列模塊。

1.3 傳感器模塊電路設計

本系統(tǒng)傳感器模塊電路包括MH-Z19（CO2傳感器）、DHT22（溫濕度傳感器）、BH1750（光照傳感器）。

DHT22濕敏電容數(shù)字溫濕度模塊是一款溫濕度復合傳感器。該模塊采用了標準的單總線接口，使得系統(tǒng)集成變得更加簡單快捷，信號的傳輸距離可達20 m，該產(chǎn)品只使用3根引線，使連接更加方便。

BH1750FVI模塊集成了光照強度傳感器，輸出數(shù)字型的信號，其數(shù)據(jù)通信方式采用了兩線制的串行總線IIC總線。

MH-Z19二氧化碳氣體傳感器模塊提供串口（UART）、模擬（DAC）、PWM波形三種輸出方式，操作較靈活。本設計為了操作方便，減少數(shù)據(jù)的換算，采用串口的輸出方式。

1.4 液晶顯示系統(tǒng)設計

本系統(tǒng)采用LCD1602顯示相關參數(shù)。1602編程簡單，因其內(nèi)部存儲的不同的字符圖形具有不同的固定代碼，只要按規(guī)定的時序直接編寫軟件即可以顯示1602所能提供的任意字符圖形，采用1602是因為其顯示字跡清楚，且價格相對低廉。

1.5 無線網(wǎng)絡系統(tǒng)設計

使用GPRS模塊及Zigbee模塊實現(xiàn)溫室環(huán)境的遠程數(shù)據(jù)傳輸，對溫室環(huán)境參數(shù)實現(xiàn)分散布點、多點采集、遠程傳輸及調(diào)控水簾、風機等設備，以優(yōu)化調(diào)整各種參數(shù)。無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)框圖如圖2所示。

2 系統(tǒng)軟件設計

主程序初始化之后獲取實時溫度、濕度、光照、濃度等一系列的數(shù)值，根據(jù)識別情況判斷是否調(diào)用相應的子程序并進行數(shù)據(jù)處理；控制繼電器和液晶顯示，經(jīng)過數(shù)據(jù)整合后通過無線傳輸模塊傳給上位機。

數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)越是精準，則其溫室的調(diào)節(jié)環(huán)境的靈敏度就越好，從而使溫室時時處于一個最優(yōu)化的環(huán)境中，才能使最后產(chǎn)值最優(yōu)。

圖2 無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)框圖

3 系統(tǒng)測試

為了檢測系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性及優(yōu)化調(diào)控效果，系統(tǒng)先后在持續(xù)高溫、低溫及陰雨天進行測試。在各個環(huán)境下經(jīng)過6個月的不間斷數(shù)據(jù)采集傳送和數(shù)據(jù)分析優(yōu)化控制，實驗結(jié)果為：在這時間段內(nèi)，無論在高溫情況下，還是在低溫情況下，智能溫室數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)都能夠穩(wěn)定、精確地進行測量數(shù)據(jù)。經(jīng)過長期、多次測試結(jié)果表明，本系統(tǒng)能夠在夏季高溫和冬季嚴寒天氣中進行有效、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸，性能穩(wěn)定，適合智能溫室進行數(shù)據(jù)的傳輸與采集，能實時對內(nèi)環(huán)境進行準確監(jiān)測，從而有效地控制水簾、水泵等設備對溫室內(nèi)環(huán)境進行調(diào)整，使溫室達到植物生長最優(yōu)化數(shù)值。

4 結(jié)束語

本文所構(gòu)建基于HR7P194單片機和MH-Z19、DHT22、BH1750等傳感器組成的智能溫室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能有效、穩(wěn)定地采集傳輸溫室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了對溫室內(nèi)環(huán)境的實時、準確、穩(wěn)定監(jiān)測，從而有效控制水簾，水泵等設備對溫室內(nèi)環(huán)境進行調(diào)整。

〔編輯：張思楠〕

TP274.2

：A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.16.080

2095－6835（2017）16－0080－02

江蘇省青藍工程資助課題，江蘇省大學生實踐創(chuàng)新訓練計劃項目“基于信息融合的溫室環(huán)境優(yōu)化調(diào)控系統(tǒng)研究與設計”（編號：201613579002Y）。