一种新型智慧大棚的原理与设计

杨婉琪 陆永强 张亦睿 潘晓铮 汤瑞静

摘 要：本系统通过上位机和下位机结合的方式，对大棚的空气温湿度、光照强度等数据进行监控，通过手机客户端与PC客户端，实现了对外设的精准控制和环境参数的实时显示。使用Arduino传感网络，开发难度大大降低，扩展性大大增强，更加容易维护和扩展;使用ZigBee技术进行通信，实现了低功耗快速传输，所形成的自组网络具有很强的抗干扰能力。

关键词：智慧大棚;Arduino;ZigBee技术

0 引言

设计新型智能农业设备对推进温室产业的规模化和产业化发展，建设温室产业科技创新体系都有重要作用。

1 系统结构概述

本系统通过上位机和下位机结合的方式，对大棚的空气温湿度、光照強度等数据进行监控。

下位机主要负责数据的采集、整理、传递以及外设的驱动，由下位机主核心和Arduino传感器网络两大部分组成。下位机主核心为下位机部分的主要核心，由多个外部设备和STC12C5A16S2控制中心构成，主要负责获取所有Arduino传感器的温室大棚环境数据，并经过分析计算在液晶模块上进行显示，然后把数据再发送给PC端和手机客户端组成的上位机部分。

上位机由电脑PC端和手机Android客户端共同构成。上位机主要负责大棚内各个环境数据的显示、对下位机连接外设的远程控制以及各个环境数据的阈值设置。

2 系统工作过程

首先，对PC端和手机客户端软件进行初始化，当系统连通电源后，下位机部分开始初始化并与上位机进行连接。

其次，利用ZigBee传输协议，下位机从Arduino传感器网络中获取温室大棚的环境数据，并在液晶模块进行显示。

最后，通过STC12C5A16S2主核心将数据进行整合，再利用串口或者蓝牙传输给上位机。其中在下位机中有手动模式和自动模式两种控制模式，用户可以在这两种模式中任意切换。

3 系统运行模式

系统上电，打开PC端软件和手机客户端软件，上位机、下位机开始显示环境监测数据。系统分为手动控制和自动控制两种方式，当选择为手动控制模式时，在上位机按下相应的按钮可对外设进行控制;当选择为自动控制模式时，选择合适的阈值并发送给下位机，实现外设的自动控制。控制面板如下图所示。

4 结论

本文设计的系统，通过上位机和下位机结合的方式，对大棚的空气温湿度、光照强度等数据进行监控，通过手机客户端与PC客户端，实现了对外设的精准控制和环境参数的实时显示。使用Arduino传感网络，开发难度大大降低，扩展性大大增强，更加容易维护和扩展;使用ZigBee技术进行通信，实现了低功耗快速传输，所形成自组网络具有很强的抗干扰能力，为农业综合生态信息系统的设计提供了技术支撑。

参考文献：

[1] 张新，陈兰生，赵俊.基于物联网技术的智慧农业大棚设计与应用[J].中国农机化学报，2015（5）：90-95.

[2] 段益群，刘国彦.基于物联网的智慧农业大棚系统设计[J].软件工程师，2013（12）：35+31.