温室物联网监控系统的设计

马敏 张得龙 吴少慈

摘要：本设计以物联网技术为信息平台，设计了智慧温室监控系统，主要包括数据（包括湿度、温度、光照度以及CO2浓度等）采集模块、存储模块、电源模块、通信模块、时钟模块等，每个数据采集模块集成一个无线Zigbee传输芯片与主节点通信，再进行远程传输，系统功耗最小，传输可靠，可实现温室的智能控制。

关键词：物联网技术;智慧温室;远程监控

1 绪论

智慧农业，就是面向农业生产，流通，管理等一系列过程中的典型问题，在这一过程中使用专家系统、神经网络、模糊控制、机器学习、智能搜索等技术方法来学习、理解信息，最终制定最优化的策略，并设计实现目标的软硬件实体[1]。本文开发设计了一种新型的符合现代化农业建设的智慧温室控制系统，提出了基于物联网技术的新的通信平台，实现温室内部包括温度、湿度、光照度以及CO2浓度各项环境参数的实时监测控制，并能实现异常报警等功能。

2 总体设计

本设计基于温室大棚的生产需求，在硬件上主要对数据采集模块（湿度、温度、光照度和CO2浓度等数据）、存储器、电源模块、时钟模块和控制执行模块等进行了设计，温室环境监控系统的总体设计方案如图1所示。

3 硬件设计

3.1 主控制器模块设计

主控芯片与外围电路设计的原理图如图2所示。主控芯片采用STM32103系列单片机，该芯片是基于ARM核心32位增强型单片机，带512K字节闪存的微控制器，具有USB、CAN等接口，并包含11个定时器、3个ADC和13个通信接口。图2中单片机最小系统的复位电路主要通过微动开关实现单片机的按键复位。

3.2 ZigBee模块设计

系统的Zigbee模块采用了Zicm2410型号的数据传输模块，具有较大的输出功率，最大时可达8dBm，理想状态的可视传输距离达到500米。MCU与Zigbee模块通过串口连接，在数据传输过程中，波特率可以在1200bps-115200bps范围内进行选择，工作温度范围为-40℃-+85℃，完全适用于温室的一般性环境。

3.3数据采集模块设计

数据采集模块主要包含有湿度、温度、光照度以及CO2浓度等参数的采集。本节主要介绍温度采集模块和湿度采集模块。温度采集模块选用了双总线、低功耗的TMP102芯片[2]，适合在本系统的小空间PCB板。测量温度有效范围为-40℃-+125℃，工作最大电流为10uA，关机模式仅为1uA[3][4]，电路如图2（a）所示。

湿度采集模块选用CY- HR104芯片[5]，是深圳市深恒源电子公司生产的抗结露、除静电新型湿度敏感元件，反应速度快，感应范围宽，稳定可靠，广泛用于工农业的监测中。数据采集主要使用固定点采集和巡回采集两种方式。

4 软件设计

在单片机向数据采集模块采集数据的过程中，每发送一帧数据结束后，接收方要進行收到反馈，已确认数据已经接收到，传感器模块返回数据时，同样要进行接收确认。如果每次发送数据时，对方发送数据但仍未接收到确认信息，则认为通信系统出现故障，此时需要报警，以便于管理人员进行维护。软件设计流程图如图3所示。

结论

本文设计了基于温室物联网监控系统的硬件和软件部分，对温室内的各项参数进行存储、传输、分析，且系统可根据监测的数据进行分析并对温室的控制设备的操作，管理系统或用户也可对控制设备进行远程的操作，基本实现了温室的智能化管理，提高了温室农业生产的智能化程度。

参考文献

[1]李皓.基于ZigBee的无线网络技术的应用[J].信息技术，2008，1（1）：12-14.

[2]Wang Gangshi.Computer Control on Multimeter Measurement Instrument Based on RS232 in LabVIEW.Proceedings of the Second International Symposium on Test Automation & Instrumentation （Vol.4），2008，11（1）：270-274

[3]李道华等.传感器电路分析与设计[M] .武汉：武汉大学出版社，2000.

[4]周建宇.基于Zigbee技术的无线温度采集系统的设计[D] .武汉：湖北工业大学.2011.12.

[5]CHR02高分子湿度传感器规格.http：//wenku.baidu.com/view/26ac66768e9951e7 9b8927da.html？re=view.

作者简介：马敏（1998-），女，山东泰安人，潍坊科技学院电气自动化学院2017级学生;

张得龙（1987-）男，山东省临沂人，潍坊科技学院电气自动化学院教师。