基于物联网的温室监控系统设计

龚瑞等

【摘 要】针对传统的温室人工管理的不方便，本文设计一种基于物联网的温室监控系统。该系统实现实时采集温室内的土壤及空气温度、土壤及空气湿度、光照强度等环境参数，以直观的数据和曲线方式显示给监控人员，可以根据作物的需求提供报警信息，同时可以对数据进行存储、查询和打印。利用环境数据与作物的信息，生产人员可以进行正确的栽培管理，以求达到作物的最佳生长条件，实现最优化管理，收到最优的经济效果。

【关键词】温室；监控；物联网

0 引言

我国是一个农业大国，目前在广大农村，温室比比皆是。近年来，随着我国农业和农村经济的发展，农业生产方式逐步由传统的粗放经营式向现代集约型经营方式转变，农业科技示范园，作为现代集约型农业和高新科技应用的示范窗口，应运而生。随着科学技术的进步，温室的结构档次在逐步的提高，建设一种可提温室内作物产量和质量，降低生产成本，减轻工作人员劳动强度的温室监控系统，能够实时显示温室内温度、湿度、光照度等环境数据，是广大温室作物生产人员的迫切需求。

1 控制方案的设计

系统由一个上位机、一个USB转485隔离转换器、8个STC12C5A60S2单片机、8个温度传感器DS18B20、8个湿度传感器SHT11、8个光照传感器BH1750FVI组成，如图1所示。其中每个温度、湿度和光照度采集模块有8个通道，数据采集模块的设计符合RS-485总线要求，完成了数字校零、软件滤波、线性变换等环境检测功能。

2 系统硬件设计

PC机的串行接口为RS-232或USB总线，现阶段应用更多的是将RS-232接口转换成RS-485接口，然后采用RS-485进行长距离、高速的串行异步通信。单片机采用RS-485进行串行通信，只需要将TTL电平的串行接口通过芯片转换为RS-485串行接口，这种转换比较简单，本系统采用的是MAX485芯片。利用PC现有的USB接口，系统中采用USB转485隔离转换器来实现。在传输过程中防止对信号的干扰采用光电隔离电路，如图2所示，同时防止静电和雷击对系统的损害采用防雷电路，如图3所示。

3 系统软件设计

由于485总线是一种异步半双工的通信总线，在某一时刻，总线只可能呈现出一种状态，在PC机与多单片机系统构成的多机通信系统中，一般采用主从式通信，主机处于主导和支配地位，定时发出监控命令后等待从机的应答。各从机处于侦听状态，不能主动往总线发送数据，必须等待主机的命令，在接收到地址帧后，立即判断是否在呼叫自己，如果不是则不予理睬。如果是则继续接收下面的数据。接收完一个主机监控命令后先进行校验，如果校验正确则解析接收的监控命令，并根据命令回送相应的应答帧。而且任何时刻只能有一个单片机处于发送状态，但主机发送时所有单片机必须都处于接收状态。

每个单片机分别读取DS18B20传感器上温度值，SHT11传感器上湿度值、BH1750FVI传感器上光照度值通过485总线按地址码顺序依次循环传输到PC机上显示。软件程序流程图如图4所示。

通信协议采用Modbus协议。主设备可单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信。如果单独通信，从设备返回一消息作为回应，如果是以广播方式查询的，则不作任何回应。Modbus协议建立了主设备查询的格式：设备（或广播）地址、功能代码、所有要发送的数据、一错误检测域。从设备回应消息也由Modbus协议构成，包括确认要行动的域、任何要返回的数据、和一错误检测域。如果在消息接收过程中发生一错误，或从设备不能执行其命令，从设备将建立一错误消息并把它作为回应发送出去。数据校验方式采用CRC校验。CRC域是两个字节，包含一16位的二进制值。它由传输设备计算后加入到消息中。接收设备重新计算收到消息的CRC，并与接收到的CRC域中的值比较，如果两值不同，则有误。

4 上位机软件设计

微软公司的Visual Basic 6.0是windows应用程序开发工具，是目前应用最为广泛、易学易用的面向对象的开发工具，并且为用户提供了大量的控件。这些控件可用于实现各种功能，减少了程序设计的很多困难。本设计利用Mscomm控件实现和RS485串口的多路数据通信，接收测量系统上传的数据，在上位机上进行显示，然后分析完成的数据绘制出曲线，数据库的存取和报表打印。

5 总结

随着科技的发展，智能管理系统会逐渐进入农产业，本文对温室监控系统提出了设计思路，提出了软件设计，硬件设计以及上位机设计的方案，从而有效的对温室内温度、湿度和光照度等环境因素实时监控，减轻了工作人员劳动强度，为农作物提供一个适应的环境，实现最优化管理，收到最优的经济效果。

【参考文献】

[1]刘光斌，刘东，姚志成.单片机系统实用抗干扰技术[M].北京：人民邮电出版社，2003.

[2]杨文霞.现场总线技术的研究与应用[D].大连：大连理工大学，1999.

[3]范逸之，陈立元.Visual Basic与RS-232串行通信控制[M].北京：清华大学出版社，2004.

[4]齐莉.物联网农业智能测控系统的特点、优势及其在温室大棚的应用[J].安徽农业科学，2011，39（30）：89-92.

[责任编辑：汤静]