基于WSN的植物管家系统

谢石璞

【摘  要】在温室种植过程中，为实现对温室内环境的检测与对温室系统的智能控制，营造适于生物生长发育及农产品的贮存与保鲜的环境，设计出一款能够智能检测与调控温室环境参数的监控系统，即植物管家系统。本监控系统采用stm32f103c8t6型号单片机，利用无线传感器wsn技术，将各传感器采集来的数据通过无线传感器网络发送到中央处理器，由中央处理器通过自动干预各执行机构的方法，调节温室中的内部环境参数，到达智能管控的目的。

【关键词】温室环境参数，WSN无线传感器网络，智能管控

中图分类号：TP273.5文献标识码：A

设计思路：农业温室智能控制是指对人工建造的设施，通过调节和控制局部范围内环境因素，为作物生长提供最适宜的环境条件，使作物处于最佳生长状态，从而获得高产优质的农产品[1]。随着大中城市对新鲜蔬果的需求日益高涨，温室农业得到了迅速的发展。温室大棚内部的环境温湿度等参数对农作物的生长起着至关重要的作用，而现有的温室大棚在环境监控上存在一些不足：

1.温室数据采集系统大多是采用人工或预先布线的有线采集方式。加大了工作量，难以保证数据的实时性和有效性;

2.采用有线数据采集的监测系统，受地理位置、物理线路和复杂环境因素的影响，具有明显的局限性。

3.基于工控机的控制器成本高不易普及。[2]

为此，采用新兴的无线传感器网络技术（WSN），设计了一种生物生态环境监测系统。可利用温度传感器、土壤湿度传感器、光照强度传感器、等多种传感器对各种生态环境参数进行采集，通过STM32单片机对各种数据进行快速处理，通过各种外设对检测到部分异常重要的环境参数进行自主处理，再通过WiFi网络使数据在上位机显示，实现远程监控及数据共享;提醒和帮助管理者对所管理的区域进行实时监控和管理。

1产品优势

系统在结构上存在三大优势：

1.价格低廉，安装方便的检测网络。

2.建立一个无线局域网，摆脱布线束缚。

3.将检测装置做成一个个的独立单元，每个单元既可独立作业，也可以通过连接局域网，形成一个大的检测网络。

2制作过程

（1）模块选择与电路设计

本系统包括处理器模块、无线通信模块、传感器模块和电源模块四大部分，实现了数据的采集、处理和无线收发等功能。整体原理图如图1。

1）处理器模块。控制核心采用STM32F103型号单片机。

2）电源模块。

3）无线通信模块。可以通过配置和单片机上串口进行通信，利用WIFI传输数据，实现上位机对系统的控制。

4）傳感器模块。作物生长环境因素数据的采集是温室环境控制中的关键技术之一。传统传感器采集信号均采用分立器件进行数据信息采集，占用系统资源，对中央处理器要求较高。而带有中央处理器的传感器节点具有体积小、功耗低、可靠控制核心[3]。传感器节点分布在各待测区域，考虑到性能、功耗、体积和成本等因素，选择土壤湿度传感器、空气温湿度检测传感器、水位传感器、光照强度传感器以及0LED显示屏。

（2）程序及APP编写

基于各种功能模块为系统编写程序。

由于系统可通过WiFi与手机连接，实现手机对系统的远程监控。为系统编写了上位机操作页面，建立成一个APP软件，页面如图3。

（3）整体调试

1）线上调试：运用ST-link v2仿真器对程序进行线上仿真调试。

2）线下调试：对整个系统硬件搭建完成后，进行软件调试，通过不断的演示调试，实现各种功能

（4）外观设计

系统完成后，对其整体外观结构进行设计，使其更加美观。

3成品及功能介绍

可运用在温室农业中，实现以下应用功能：

1.可用于温室大棚的环境检测。

通过一套网络完成温、湿、光等的数据采集和环境控制，可有效提高农业集约化生产程度，使生态环境监测和管理更加科学，从而达到提高经济作物产量、改良品种、调节生长周期、提高经济效益的最终目的。

2.可为珍贵植物的生长条件进行检测。

根据分析结果农业人员就可以在人造环境下进行逼真的模拟，为高经济价值作物的生长条件分析与人工干预等提供科学依据。通过智能管理系统根据实时监控数据并参考最佳作物生长指标对农业环境进行自动调节。

参考文献：

[1]秦国成，秦贵，张艳红.设施农业装备技术现状及发展趋势[J].农业工程，2012，2（03）：8-11.

[2]吴小伟，史志中，钟志堂，武文娟，张璐，丁莉，崔军.国内温室环境在线控制系统的研究进展[J].农机化研究，2013，35（04）：1-7+18.

[3]董永胜.基于无线传感器网络的温室环境监控系统研究[J].微型机与应用，2010，29（09）：59-62

（作者单位：山东科技大学）