马铃薯监测与控制系统

【摘 要】 为了便于用户实时掌握和控制马铃薯贮藏的环境信息，解决窖内环境检测不方便及环境调控不及时等问题，设计了一套基于物联网的马铃薯贮藏环境远程调控系统。本系统主要监控环境因素为马铃薯内的空气温度、湿度和CO2浓度，主要控制设备为马铃薯窖内的风机、加热器等设备。系统分为受控终端、网络通信、和用户终端三个部分，其中受控终端为马铃薯窖内的控制系统和相关设备，网络通信通过GPRS实现，用户终端为PC和Android操作系统。本系统研究和实现了一套基于物联网的贮藏环境远程智能监控，以期达到实时掌握和控制马铃薯窖内温度、湿度和CO2浓度。

【关键词】 物联网 环境信息 智能监控

本设计主要针对宁夏回族自治区马铃薯贮存情况。马铃薯是宁夏自治区重要经济农作物，也是西海固地区的主要经济来源，随着宁夏优势特色马铃薯产业专家组针对宁夏地区马铃薯种植的研究和推广，马铃薯得以在部分地区种植且产量不断提高。针对上述问题，设计生产了一套基于物联网的马铃薯储藏环境监控系统，可以實时监测和控制马铃薯窖内的温度、湿度和CO2浓度，通过Android手机APP或下位机控制箱控制窖内风机、加热器等设备。

本设计监测和控制马铃薯窖内的温湿度、CO2浓度，需要实时知道窖内的环境因素，一旦温度过低或者湿度过低都将造成不可挽回的损失，因为冻伤和和缺水是不可逆的， 同时CO2影响马铃薯的糖分存储。可操作性对于实际操作者来说非常重要，因操作者大多不长接触这方面的设备，所以系统的操作应尽量简单方便且安全。因市面上Android手机占有率相当高，所以本系统手机终端采用安卓系统。针对没有Android手机的用户，可以通过电脑端进行登录和控制。本系统旨在实时监测和控制马铃薯窖的环境信息从而避免不必要的损失，可通过下位机TFT Visual屏控制，也可在手机端或者电脑端控制。其中设备的受控端在马铃薯窖内，其中包括下位机、温湿度传感器、二氧化碳传感器、加热器、风机等设备。基于单片机的环境信息采集模块均匀分布放置在各个位置来收集不同位置的环境信息。TFT Visual彩屏有显示和触控功能，可在手动模式下控制外设设备。客户端程序支持多终端运行，下位机通过TFT Visual彩屏控制。WEB端和Android手机端通过浏览器输入网址然后输入账号和密码即可实时监测和控制马铃薯窖内环境信息。图1.1显示了下位机主控、环境信息采集模块、网络服务器、web、Android系统和控制模板之间的联系。下位机主控与信息采集模块和控制面板通过485总线方式连接，与上位机通过GPRS通信。

下位机主控芯片采用STM32F103RCT6。信号电压转换方面，信号电压3.3V转5V采用MAX3232收发器，差分信号电压采用TTL转RS485模块。电源电压转换方面，电源电压5V转3.3V采用AMS1117稳压器，电源电压24V转5V采用DM02模块，电源电压220VAC转24V采用AC-DC电源模块。EL817光耦电阻控制24V-220V继电器。下位机主控制器放在马铃薯窖控制柜内，是整个系统信息的中转站，可以与实现和FTF Visual 彩屏信息交互，同信息采集模块使用485总线方式通信，同时上位机通过GPRS通信，通过24V-220V继电器控制风机、加热器等马铃薯窖内外设设备。

信息采集模块采用STC12C5A60S2主控芯片，通信方面，经过TTL转RS-485模块和它

信息采集模块同过485总线与下位机主控通信，通过TTL转RS-485模块与温湿度传感器和二氧化碳传感器通信。

系统手机端使用Android4.0，Src是本系统的源文件目录放置业务逻辑代码和相应的UI代码，使用java语言编写，包括各种activity的实现。Gen目录下的文件全都是ADT自动生成的，定义了一个R.java文件，该文件相当于项目的字典，为项目中用户界面、字符串、图片等资源都会在该类中创建一个唯一的ID，当本项目中使用到这些资源的时候，会通过ID得到相应资源的引用。Android4.0，这个目录中存放的是该项目支持的jar包，同时还包含项目打包时需要的META-INF目录。Bin目录放置二进制文件，包括class、资源文件、dex、apk等。Res目录用于存放应用程序中经常使用的资源文件，其中包括图片、声音、布局文件以及参数描述文件等。下面是本系统中主要的接口配置和网络功能权限的主要程序代码：下位机主控使用STM32F103RCT6单片机，开发工具使用keil4，编程语言使用C语言，程序烧录软件使用FlyMcu STM32。在获得温湿度和二氧化碳浓度上，当芯片片内外设初始化以后，发送获取温湿度和二氧化碳指令给传感器，得到传感器响应以后，校验传感器数据，校验成功以后保存和标记数据有效。如果得不到传感器响应，则再次发指令给传感器。多次得不到传感器响应，则标记当前传感器不存在，转而去查询其它编号的传感器。如果数据超过100%或者低于0，则认为不符合要求，温湿度超限，数据不被标记为有效。在数据的末尾，还加上CRC校验。CRC循环冗余校验是可靠的数据流校验方法之一[6]。如果CRC16-CCITT校验失败，数据同样不会被标记为有效。响应通信请求是通过UART中断方式实现的，所以在芯片初始化后的任何时刻，都可以进行通信响应，这个过程会打断其它事件。但无法打断其它中断，因为初始化中断优先级设置采用了默认设置，即所有中断同属于同一优先级。通信时，UART必须将一次性传输完，因为父节点STM32接收数据时，采用了流控方式，即数据是完整一帧作处理的，否则出现数据无效，需要重传的情况。同时，通信时，要求子节点在10s内响应父节点，避免父节点在没有及时收到数据时，再次发送重传指令。

【参考文献】

[1] 朱伟华，周文姝.基于4G技术的智能农业小气候检测系统[J].实验技术与管理，2016

[2] 钟新平.基于单片机的温室大棚环境参数自动控制系统[D].南宁：广西大学，2011.

[3] 侯金彪，郭长友.基于Java的远程屏幕监控系统的设计研究[J].计算机工程与科学，2010，31（2）：45-48.

作者简介：巩师洋（1989—），男，汉族，黑龙江省齐齐哈尔人，在读硕士研究生，主要研究方向：智能控制与计算机控制技术。

基金项目：宁夏高校创新项目（YCX1769）.