基于物联网的花卉温室大棚环境检测系统设计

王一涯+陈曙光+王宪菊

摘要 花卉的生长发育与环境因素息息相关。为了实现对花卉生长环境参数实时采集并远程传输和监测，设计了一种基于农业物联网的花卉环境监测系统。无线传感节点以STM32F103ZET6单片机为控制核心，检测的环境参数主要有空气温/湿度、土壤湿度、光照强度以及CO2浓度等，采集的环境参数通过无线通訊模块传输到网关。通过终端可远程观测花卉的生长环境，为花卉的精细管理提供了决策依据。

关键词 环境监测系统；环境参数；花卉；土壤湿度；光照强度

中图分类号 TP368.1 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）10-0166-01

Abstract The growth of flower is closely related to environmental factors.In order to realize the flower growing environment parameters real-time acquisition and remote transmission and monitoring，designed a flower environment monitoring system based on internet of things.Wireless sensor nodes with the STM32F103ZET6 as the core，environmental parameters included the air temperature/humidity，soil moisture，light intensity and CO2 concentration，etc.Environmental parameters were transmitted to the gateway through wireless communication module.The terminal can remotely observe flowers growing environment，so that it can provide a decision-making basis for fine management of flowers.

Key words environment detection system；environmental parameters；flower；soil moisture；light intensity

传统的花卉管理方式为粗放式，依靠种植人员的经验进行管理，是无法达到精准管理的。近年来，温室花卉栽培技术发展迅速，温室大棚环境对设施花卉的生长发育影响很大，利用农业物联网技术对温室大棚花卉环境实现远程监测，实时采集环境信息并进行数字化处理和传输，园艺工作人员可及时掌握大棚环境并对环境参数进行调控，实现花卉的精细管理，有效提高生产效率和产品品质[1]。

影响温室花卉生长发育的关键环境参数有空气温度、湿度、土壤墒情、CO2浓度和光照强度。本文设计了无线传感器节点，该节点以微控制器为中心，采用温湿度传感器、土壤湿度传感器、CO2浓度传感器和光照传感器采集大棚的环境参数，用微控制器对环境参数进行加工处理，通过无线通讯模块传输到路由器，再由路由器将各传感器节点汇聚到协调器网关，由网关通过3G/4G网络接入Internet网络，管理者即可通过终端随时随地观测大棚环境[2]。

1 系统设计

1.1 系统总体设计

基于物联网的花卉温室大棚系统主要由感知层、网络层和应用层组成。系统整体框架结构如图1所示。

感知层由若干个无线传感节点组成，负责采集温室大棚的空气温湿度、光照强度、土壤墒情和CO2浓度等环境参数；网络层即网关，包括4G通信模块、Zigbee协调器模块和以太网模块，多个传感器节点采集的数据在网关汇聚；应用层由服务器和终端组成，服务器负责数据存储和信息发布[3]。系统总体工作流程为：现场多个传感器将采集到的数据传输到网关，网关再将数据通过Internet网络转发给服务器；服务器将数据发布；管理人员或用户即可通过PC、手机等智能终端访问查询环境参数，以实现对温室环境参数的及时调控。

1.2 系统硬件设计

系统硬件包括无线传感节点和网关两部分。

1.2.1 无线传感节点设计。无线传感节点以STM32F103为控制核心，分别采用温/湿度传感器DHT11、光照强度传感 BH1

750FVI、CO2浓度传感器MG811和土壤湿度传感器 SM2801B感测温室大棚环境参数。微控制器分时接收各个传感器的数据，对数据进行分析处理，并将处理后的数据通过无线通讯模块发送到路由器，再由路由器将各传感节点的数据汇聚到网关[4]。传感节点采用市电供电，节点结构如图2所示。

1.2.2 网关设计。网关主要由ARM微控制器、4G通信模块、以太网模块、ZigBee协调器模块和电源模块组成。其功能是将无线传感节点发送的数据转发到花卉环境监控中心[5]。网关结构如图3所示。

微控制器采用目前广泛使用的三星芯片Exynos4412，该芯片具有高的主频和丰富外设，配置2GB双通道DDR3 的内存和16 GB存储，稳定性强，可靠性高，处理能力强[6]，操作系统采用Linux，成本低，可扩展多种功能模块；4G模块采用USR-TLE-7S4模块，通过串口与微控制器Exynos4412相连，下行速率为150 Mbps，上行速率为50 Mbps，发射功率为23 dBm；ZigBee协调器模块采用XBEEZNet2.5，该模块功耗低，通过硬件设置，可分别工作于路由器、终端节点和协调器3种工作模式，也可自动生成路由，组成自恢复网络；以太网模块采用USR-TCP232-T2模块，支持HTTP协议传输[7]。

2 结论

通过应用，基于物联网的花卉环境监测系统能满足生产需求。无线传感节点采集的数据能实时反映温室大棚环境变化；花卉温室大棚环境监测中心可为管理人员提供图形化的数据形式，并实现信息共享[8-9]；通过远程客户端可查询、下载和浏览数据。系统性能可靠、工作稳定，达到了预期目标。

3 参考文献

[1] 牛磊.基于农业物联网的田间环境监控系统设计与是实现[D].北京：中国民族大学，2012.

[2] 吕伟德.基于物联网技术的水培花卉智能生产关键技术的研究与应用[D].杭州：浙江大学，2014.

[3] 李道亮.物联网与智慧农业[J].农业工程，2012，2（1）：18.

[4] 王建平.基于物联网技术的智能蔬菜大棚构建[J].广东农业科学，2011（5）：200-201.

[5] 张观山.果园智能灌溉系统的开发[D].泰安：山东农业大学，2014.

[6] 赵伟.基于远程通信技术的温室环境控制系统研究与实现[D].北京：中国农业科学研究院，2010.

[7] 王冬.基于物联网的智能农业监测系统的设计与实现[D].大连：大连理工大学，2013.

[8] 张研.物联网在现代农业中额应用与前景展望[D].哈尔滨：东北农业大学，2011.

[9] 常超.基于WSN的精准农业远程环境监测系统设计[J].传感技术学报，2011，2（6）：799-833.