馬鈴薯監(jiān)測與控制系統(tǒng)

【摘 要】 為了便于用戶實時掌握和控制馬鈴薯貯藏的環(huán)境信息，解決窖內(nèi)環(huán)境檢測不方便及環(huán)境調(diào)控不及時等問題，設(shè)計了一套基于物聯(lián)網(wǎng)的馬鈴薯貯藏環(huán)境遠(yuǎn)程調(diào)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)主要監(jiān)控環(huán)境因素為馬鈴薯內(nèi)的空氣溫度、濕度和CO2濃度，主要控制設(shè)備為馬鈴薯窖內(nèi)的風(fēng)機(jī)、加熱器等設(shè)備。系統(tǒng)分為受控終端、網(wǎng)絡(luò)通信、和用戶終端三個部分，其中受控終端為馬鈴薯窖內(nèi)的控制系統(tǒng)和相關(guān)設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)通信通過GPRS實現(xiàn)，用戶終端為PC和Android操作系統(tǒng)。本系統(tǒng)研究和實現(xiàn)了一套基于物聯(lián)網(wǎng)的貯藏環(huán)境遠(yuǎn)程智能監(jiān)控，以期達(dá)到實時掌握和控制馬鈴薯窖內(nèi)溫度、濕度和CO2濃度。

【關(guān)鍵詞】 物聯(lián)網(wǎng) 環(huán)境信息 智能監(jiān)控

本設(shè)計主要針對寧夏回族自治區(qū)馬鈴薯貯存情況。馬鈴薯是寧夏自治區(qū)重要經(jīng)濟(jì)農(nóng)作物，也是西海固地區(qū)的主要經(jīng)濟(jì)來源，隨著寧夏優(yōu)勢特色馬鈴薯產(chǎn)業(yè)專家組針對寧夏地區(qū)馬鈴薯種植的研究和推廣，馬鈴薯得以在部分地區(qū)種植且產(chǎn)量不斷提高。針對上述問題，設(shè)計生產(chǎn)了一套基于物聯(lián)網(wǎng)的馬鈴薯儲藏環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，可以實時監(jiān)測和控制馬鈴薯窖內(nèi)的溫度、濕度和CO2濃度，通過Android手機(jī)APP或下位機(jī)控制箱控制窖內(nèi)風(fēng)機(jī)、加熱器等設(shè)備。

本設(shè)計監(jiān)測和控制馬鈴薯窖內(nèi)的溫濕度、CO2濃度，需要實時知道窖內(nèi)的環(huán)境因素，一旦溫度過低或者濕度過低都將造成不可挽回的損失，因為凍傷和和缺水是不可逆的， 同時CO2影響馬鈴薯的糖分存儲?？刹僮餍詫τ趯嶋H操作者來說非常重要，因操作者大多不長接觸這方面的設(shè)備，所以系統(tǒng)的操作應(yīng)盡量簡單方便且安全。因市面上Android手機(jī)占有率相當(dāng)高，所以本系統(tǒng)手機(jī)終端采用安卓系統(tǒng)。針對沒有Android手機(jī)的用戶，可以通過電腦端進(jìn)行登錄和控制。本系統(tǒng)旨在實時監(jiān)測和控制馬鈴薯窖的環(huán)境信息從而避免不必要的損失，可通過下位機(jī)TFT Visual屏控制，也可在手機(jī)端或者電腦端控制。其中設(shè)備的受控端在馬鈴薯窖內(nèi)，其中包括下位機(jī)、溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器、加熱器、風(fēng)機(jī)等設(shè)備。基于單片機(jī)的環(huán)境信息采集模塊均勻分布放置在各個位置來收集不同位置的環(huán)境信息。TFT Visual彩屏有顯示和觸控功能，可在手動模式下控制外設(shè)設(shè)備?？蛻舳顺绦蛑С侄嘟K端運行，下位機(jī)通過TFT Visual彩屏控制。WEB端和Android手機(jī)端通過瀏覽器輸入網(wǎng)址然后輸入賬號和密碼即可實時監(jiān)測和控制馬鈴薯窖內(nèi)環(huán)境信息。圖1.1顯示了下位機(jī)主控、環(huán)境信息采集模塊、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、web、Android系統(tǒng)和控制模板之間的聯(lián)系。下位機(jī)主控與信息采集模塊和控制面板通過485總線方式連接，與上位機(jī)通過GPRS通信。

下位機(jī)主控芯片采用STM32F103RCT6。信號電壓轉(zhuǎn)換方面，信號電壓3.3V轉(zhuǎn)5V采用MAX3232收發(fā)器，差分信號電壓采用TTL轉(zhuǎn)RS485模塊。電源電壓轉(zhuǎn)換方面，電源電壓5V轉(zhuǎn)3.3V采用AMS1117穩(wěn)壓器，電源電壓24V轉(zhuǎn)5V采用DM02模塊，電源電壓220VAC轉(zhuǎn)24V采用AC-DC電源模塊。EL817光耦電阻控制24V-220V繼電器。下位機(jī)主控制器放在馬鈴薯窖控制柜內(nèi)，是整個系統(tǒng)信息的中轉(zhuǎn)站，可以與實現(xiàn)和FTF Visual 彩屏信息交互，同信息采集模塊使用485總線方式通信，同時上位機(jī)通過GPRS通信，通過24V-220V繼電器控制風(fēng)機(jī)、加熱器等馬鈴薯窖內(nèi)外設(shè)設(shè)備。

信息采集模塊采用STC12C5A60S2主控芯片，通信方面，經(jīng)過TTL轉(zhuǎn)RS-485模塊和它

信息采集模塊同過485總線與下位機(jī)主控通信，通過TTL轉(zhuǎn)RS-485模塊與溫濕度傳感器和二氧化碳傳感器通信。

系統(tǒng)手機(jī)端使用Android4.0，Src是本系統(tǒng)的源文件目錄放置業(yè)務(wù)邏輯代碼和相應(yīng)的UI代碼，使用java語言編寫，包括各種activity的實現(xiàn)。Gen目錄下的文件全都是ADT自動生成的，定義了一個R.java文件，該文件相當(dāng)于項目的字典，為項目中用戶界面、字符串、圖片等資源都會在該類中創(chuàng)建一個唯一的ID，當(dāng)本項目中使用到這些資源的時候，會通過ID得到相應(yīng)資源的引用。Android4.0，這個目錄中存放的是該項目支持的jar包，同時還包含項目打包時需要的META-INF目錄。Bin目錄放置二進(jìn)制文件，包括class、資源文件、dex、apk等。Res目錄用于存放應(yīng)用程序中經(jīng)常使用的資源文件，其中包括圖片、聲音、布局文件以及參數(shù)描述文件等。下面是本系統(tǒng)中主要的接口配置和網(wǎng)絡(luò)功能權(quán)限的主要程序代碼：下位機(jī)主控使用STM32F103RCT6單片機(jī)，開發(fā)工具使用keil4，編程語言使用C語言，程序燒錄軟件使用FlyMcu STM32。在獲得溫濕度和二氧化碳濃度上，當(dāng)芯片片內(nèi)外設(shè)初始化以后，發(fā)送獲取溫濕度和二氧化碳指令給傳感器，得到傳感器響應(yīng)以后，校驗傳感器數(shù)據(jù)，校驗成功以后保存和標(biāo)記數(shù)據(jù)有效。如果得不到傳感器響應(yīng)，則再次發(fā)指令給傳感器。多次得不到傳感器響應(yīng)，則標(biāo)記當(dāng)前傳感器不存在，轉(zhuǎn)而去查詢其它編號的傳感器。如果數(shù)據(jù)超過100%或者低于0，則認(rèn)為不符合要求，溫濕度超限，數(shù)據(jù)不被標(biāo)記為有效。在數(shù)據(jù)的末尾，還加上CRC校驗。CRC循環(huán)冗余校驗是可靠的數(shù)據(jù)流校驗方法之一[6]。如果CRC16-CCITT校驗失敗，數(shù)據(jù)同樣不會被標(biāo)記為有效。響應(yīng)通信請求是通過UART中斷方式實現(xiàn)的，所以在芯片初始化后的任何時刻，都可以進(jìn)行通信響應(yīng)，這個過程會打斷其它事件。但無法打斷其它中斷，因為初始化中斷優(yōu)先級設(shè)置采用了默認(rèn)設(shè)置，即所有中斷同屬于同一優(yōu)先級。通信時，UART必須將一次性傳輸完，因為父節(jié)點STM32接收數(shù)據(jù)時，采用了流控方式，即數(shù)據(jù)是完整一幀作處理的，否則出現(xiàn)數(shù)據(jù)無效，需要重傳的情況。同時，通信時，要求子節(jié)點在10s內(nèi)響應(yīng)父節(jié)點，避免父節(jié)點在沒有及時收到數(shù)據(jù)時，再次發(fā)送重傳指令。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 朱偉華，周文姝.基于4G技術(shù)的智能農(nóng)業(yè)小氣候檢測系統(tǒng)[J].實驗技術(shù)與管理，2016

[2] 鐘新平.基于單片機(jī)的溫室大棚環(huán)境參數(shù)自動控制系統(tǒng)[D].南寧：廣西大學(xué)，2011.

[3] 侯金彪，郭長友.基于Java的遠(yuǎn)程屏幕監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計研究[J].計算機(jī)工程與科學(xué)，2010，31（2）：45-48.

作者簡介：鞏師洋（1989—），男，漢族，黑龍江省齊齊哈爾人，在讀碩士研究生，主要研究方向：智能控制與計算機(jī)控制技術(shù)。

基金項目：寧夏高校創(chuàng)新項目（YCX1769）.