农业大棚空气质量监测系统设计

刘萍萍，郁 军，崔 煜

（天津德致伦电子科技有限公司，天津 300387）

农业大棚可以种植有机农产品、名贵苗木，实现反季种植与精品种植。传统农业的生产效率低、信息化程度低。物联网技术能够实现农业大棚的自动化管理，节约人力成本。设计一种基于Android和Zigbee技术的智能农业大棚监控系统，能实现大棚内光照、温度、湿度等环境信息的远程实时监控。有文献提出一种基于STM32微处理器的农业大棚环境的智能测控系统，实时控制棚内参数，保持作物生长环境参数稳定。设计一种基于物联网的农业大棚环境监测系统，采集空气温湿度等6个环境参数，通过GPRS网络传输到云服务器。现有的文献研究多关注于农业大棚的土壤、温湿度、光照，而对大棚内的空气质量关注较少。棚内多数空气污染物对植物的生长产生极大的危害，部分污染物会在空气的滞留很长时间，不易消散。文章提出一种农业大棚空气质量监测系统，以IAPW4K58S4单片机为控制核心，包括温湿度、甲醛、二氧化碳等各种传感器，实现对大棚内部空气质量的实时检测。

1 总体方案设计

农业大棚空气质量监测系统以单片机为控制核心，融合多种传感器检测技术，采用Wi－Fi通信技术，实现数据通信功能与远程显示功能。

硬件主要由控制器、数据采集、通信、环境处理四个方面组成。各个采集模块实时采集大棚内空气质量信息，这些数据经过单片机处理后，通过Wi－Fi模块和手机进行实时交互，手机屏幕显示采集的数据，当空气质量不符合植物生长标准时，环境处理装置进行处理并通知手机。

1.1 单片机最小系统

本设计所采用IAPW4K58S4单片机具有74HC 595串入并出电路的功能，且不需要外部晶振，支持在线编程和拥有强大的扩展，宽电压与高速的8通道A/D转换器为应用环境提供了强有力的支撑，也为智能终端收到准确数据提供保障。

1.2 烟雾传感器

本设计选取MQ－2型号烟雾传感器。该传感器属于表面离子式N型半导体，采用二氧化锡半导体气敏材料。当模块处于200～300℃时，二氧化锡吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度降低，进而使其电阻值增加。当有烟雾进入时，晶粒间界处的势垒会随着烟雾浓度变化而变化，引起表面导电率变化。烟雾的浓度越大，导电率就越大，输出电阻就越低，输出的模拟信号就越大。

1.3 Wi-Fi模块设计

Wi－Fi模块实现单片机与手机之间的无线通信。本设计采用ESP8266无线通信模块，该模块是一款超低功耗的UART－WiFi透传模块，拥有小封装尺寸和超低能耗技术，专为移动设备和物联网应用设计。

2 控制程序设计

控制程序包括单片机处理程序和手机APP程序。

2.1 单片机处理程序

单片机处理程序主要包括采集数据处理、环境处理、Wi－Fi通信程序。

2.2 手机APP设计

安卓程序的设计思想是逻辑和视图分离，因此在布局文件中做界面的编写。然后把布局整体引入到活动中去。本设计在界面中设置IP、端口号、温度、湿度、PM2.5浓度、甲醛浓度、烟雾浓度14个TextView控件和2个Button控件。其中温度、湿度、PM2.5浓度、甲醛浓度、烟雾浓度TextView控件用来显示单片机发来的数据，IP、端口号TextView控件用来显示手机的IP和端口号。两个按钮控件用来控制风扇的转停。

套接字编程，又称socket编程，是APP程序的主要组成部分。该程序主要用于TCP/IP网络间进程通信，及手机和Wi-Fi模块间的进程通信。

网络通信进程的流程依次是：（1）创建socket；（2）服务器监听有没有客户端对其进行连接；（3）服务器等待客户端对其连接；（4）服务器与客户端连接；（5）通过socket创建输入流与输出流，进行读写数据；（6）通信结束后，关闭 socket。

3 结语

文章设计了一种基于单片机的农业大棚空气质量监测系统，阐述了系统的硬件结构及程序设计，该系统利用多种传感器检测农业大棚内空气质量参数，经过单片机处理后，通过Wi-Fi网络发送给手机。预置空气质量阈值，当采集的数据超过阈值时，通过环境处理装置实时控制，达到保持大棚内的空气质量符合作物生长的质量标准。本设计为农业大棚的智能化管理提供技术支撑，具有一定的实用价值。