智能大棚监测控制系统设计构想

王丽丽 韩学尧

摘要：随着农业现代化的发展，对各种大棚的自动控制系统也迅速发展起来。但实现难度大且费用较高，大部分农场仍采用人工值守的方式管理大棚。本文介绍了利用了GSM等现有网络，借助ZigBee模块来实现多个大棚的同时监测控制的设计思路。

关键词：STC15F2K61S;GSM模;单片机

一、绪言

随着农业现代化的发展，智能温室以及对各种大棚的自动控制系统也迅速发展起来。目前我国己能设计、生产各种现代化温室，也有各种自动控制系统投入使用。但是，这些系统通常需要专门的通信线路实现，费用昂贵，不能适应广大农民需求，在很大一部分地区都是采用人工值守的方式对蔬菜大棚进行管理。

近年来，GSM网络发展很快，已实现了全国联网和漫游，其网络覆盖范围大、性能稳定。本设计是基于现有GSM短信息功能（SMS）的大棚自动控制系统，充分利用现有网络，无需单独组网，运行安全稳定。

二、控制系统结构

（一）系统结构说明

本系统主要由自主开发设计STC15F2K61S开发板、ZigBee通信模块、WIFI模块、摄像头模块、语音播报模块、GSM通信模块、点阵屏显示模块、太阳能发电模块、报警电路、键盘模块、温湿度传感器、烟雾传感器、浇灌驱动机构、卷帘驱动机构、电源模块等组成，系统原理如图1所示。

图1 系统原理图

（二）系统功能

本系统能够实时采集温室内的空气温湿度、土壤湿度、光照强度、二氧化碳浓度等环境参数，通过12864液晶进行数据显示，并可以通过WIFI模块或ZigBee通信模块把各种环境信息传送到手机（平板）或计算机（配合上位机软件），进行实时检测。用户通过手机（平板）或计算机也可以实时的控制大棚中的各种设备，还可以通过按键来现场控制。如控制卷帘电机、鼓风电机、水泵等机械设备的运转，以维护大棚的正常运行。当环境参数超过设定值时，系统会自动报警，并把参数信息发送到用户手机，寻求处理方案。在用户的请求下还可以通过GSM模块以短信的形式将蔬菜大棚的环境参数发送到用户手机，以实现对大棚的远程监测。在待机模式下，用户也可用手机远距离控制大棚中各种机械设备的工作，以实现远程控制。

（三）使用方法

本系统在开机后，自动进行整体系统初始化，太阳能帆板自动搜索并定位阳光的位置，并为蓄电池充电，然后各子系统开始工作，系统进入待机状态（自动值守模式）。在系统待机状态下，用户可以按不同的按键实现对大棚设备的现场控制，也可以通过平板或计算机进行集中监控，还可用手机远程发送相应短信进行各种控制：

例如发送“上水开”到GSM模块，水泵打开，开始灌水;发送“上水关”到GSM模块，水泵关闭，停止灌水。发送“通风开”到GSM模块，鼓风机打开，开始通风;发送“通风关”到GSM模块，鼓风机关闭，停止通风。

（四）系统特色

（1）.本系统以STC15F2K61S2单片机为核心，该芯片无需外部晶振、运行速度快（1T）、可靠性高、功耗低、抗干扰性强、内存大、并且内部集成10位高精度AD（方便土壤湿度传感器的采集）、3路PWM（方便电机控制）等片内外设资源。

（2）.具有多种工作模式：手动控制模式、无人值守模式和预约工作模式。

（3）.多种控制方式：现场按键控制、计算机控制、手机（平板）WIFI控制、自动控制和手机远程短信控制。

（4）.节能环保，本系统配有太阳能和风能发电系统，在系统的调度下实现自动切换，无需人工干预。

三、结论

本系统采用STC15F2K61S2单片机作为控制核心，在C程序的控制下，用户可通过按键、计算机（上位机）、平板或手机（Android）来实现对蔬菜大棚的智能监测和控制。系统中还设置了摄像头模块，可以实时观察大棚种的各种情况，另外还有太阳能电池板和风力发电机，配合蓄电池可为系统和整个大棚提供电能，节能环保。最重要的是本系统具有自动管理功能，可以实现温室大棚的无人值守，大大降低了工人的劳动强度，提高了生产效率。

【参考文献】

[1]郭辉.C语言程序设计[M].北京：中国传媒大学出版社，1999

[2]冯文旭.单片机原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2003

[3]柳其春.低压电器及PLC技术[M].北京：人民邮电出版社，2010