智能温室数据采集传输系统设计＊

2017-09-03金承杨胡明郭健鹏魏伟伟高紫云

科技与创新 2017年16期

关键词：温湿度温室单片机

金承杨，胡明，郭健鹏，魏伟伟，高紫云

（中国矿业大学徐海学院，江苏徐州221000）

智能温室数据采集传输系统设计＊

金承杨，胡明，郭健鹏，魏伟伟，高紫云

（中国矿业大学徐海学院，江苏徐州221000）

随着社会的发展，一些国家推出了智能温室控制系统来应对传统温室种植方法的弊端，其产量得到了提高。但我国的气候、土壤和其他生产因素与国外大不相同，引进的智能温室系统未能很好地提高产量，产生了后期的巨额维护费、操作界面不便等问题。针对这些问题，进行了智能温室系统的改进，使之在未来能大范围推广，并应用于大规模农业生产。利用东软载波单片机HR7 P194、MH-Z19二氧化碳传感器、DHT22温湿度传感器、BH1750光照传感器设计了温室环境数据采集系统，通过无线传感器网络系统将其数据传至上位机，利用上位机强大分析计算能力，实现对温室数据的优化调控。

智能温室；HR7P194；单片机；优化调控

1 智能温室系统硬件设计

1.1 智能温室系统的总体设计

本系统包括MH-Z19（CO2传感器）、DHT22（温湿度传感器）、BH1750（光照传感器）、1602显示电路、HW2000模块、GSM模块以及继电器控制模块。温室环境检测装置框图如图1所示。

图1 温室环境检测装置框图

1.2 单片机控制模块电路设计

在温室系统的单片机选择方面，我们可以根据环境以及所需求的精度可靠性等一系列的指标来进行选取，本文将以性价比高的HR7P194单片机进行温室系统的搭建。相比于其他同价的单片机，此款单片机具有较大的Flash程序储存器和静态随机存取存储器SRAM，且拥有8位定时器、PWM时基定时器16位门控定时器、10位模拟数字转换器等一系列模块。

1.3 传感器模块电路设计

本系统传感器模块电路包括MH-Z19（CO2传感器）、DHT22（温湿度传感器）、BH1750（光照传感器）。

DHT22湿敏电容数字温湿度模块是一款温湿度复合传感器。该模块采用了标准的单总线接口，使得系统集成变得更加简单快捷，信号的传输距离可达20 m，该产品只使用3根引线，使连接更加方便。

BH1750FVI模块集成了光照强度传感器，输出数字型的信号，其数据通信方式采用了两线制的串行总线IIC总线。

MH-Z19二氧化碳气体传感器模块提供串口（UART）、模拟（DAC）、PWM波形三种输出方式，操作较灵活。本设计为了操作方便，减少数据的换算，采用串口的输出方式。

1.4 液晶显示系统设计

本系统采用LCD1602显示相关参数。1602编程简单，因其内部存储的不同的字符图形具有不同的固定代码，只要按规定的时序直接编写软件即可以显示1602所能提供的任意字符图形，采用1602是因为其显示字迹清楚，且价格相对低廉。

1.5 无线网络系统设计

使用GPRS模块及Zigbee模块实现温室环境的远程数据传输，对温室环境参数实现分散布点、多点采集、远程传输及调控水帘、风机等设备，以优化调整各种参数。无线传感器网络系统框图如图2所示。

2 系统软件设计

主程序初始化之后获取实时温度、湿度、光照、浓度等一系列的数值，根据识别情况判断是否调用相应的子程序并进行数据处理；控制继电器和液晶显示，经过数据整合后通过无线传输模块传给上位机。

数据采集的数据越是精准，则其温室的调节环境的灵敏度就越好，从而使温室时时处于一个最优化的环境中，才能使最后产值最优。

图2 无线传感器网络系统框图

3 系统测试

为了检测系统稳定性、可靠性及优化调控效果，系统先后在持续高温、低温及阴雨天进行测试。在各个环境下经过6个月的不间断数据采集传送和数据分析优化控制，实验结果为：在这时间段内，无论在高温情况下，还是在低温情况下，智能温室数据采集传输系统都能够稳定、精确地进行测量数据。经过长期、多次测试结果表明，本系统能够在夏季高温和冬季严寒天气中进行有效、稳定的数据传输，性能稳定，适合智能温室进行数据的传输与采集，能实时对内环境进行准确监测，从而有效地控制水帘、水泵等设备对温室内环境进行调整，使温室达到植物生长最优化数值。