一种低成本的温室环境远程监控系统

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1、一种低成本的温室环境远程监控系统【基金项目】北京农业职业学院2013年度院级科研项目（XY-YF-13-34）王官云【作者简介】王官云（1959-），男，北京人，北京农业职业学院信息技术系讲师，学士。研究方向：物联网技术应用，赵妍彦，邵峥嵘（北京农业职业学院，北京102442）【摘要】本文设计并实现了一套低成本的温室环境远程监控系统，这套系统包括采集节点、网关和WEB界面应用，已经在北京农业职业学院绿色科技园温室大棚中实地部署，以较低的成本实现了空气温湿度、土壤温湿度、光照强度等环境参数的采集和三路

2、电气设备的控制，有效提升了温室的信息化水平。【关键词】CC2530；温室环境远程监控；OpenWrt；WEB应用1引言目前，我国精准农业正处在示范应用和小规模推广阶段。精准农业中涉及的农作物生长环境参数主要有空气温湿度、土壤温湿度、光照强度等，全面精准监测、实时智能处理环境参数是设施农业生产的重要保障。现在已有一些企事业单位开发了不少温室环境远程监测控制的系统，但这些系统普遍存在造价过高、需要后期运营费用等问题，并没有得到大面积应用。本文设计并实现一套低成本的温室环境远程监测和控制系统，能够采集空气

3、温湿度、土壤温湿度和光照强度等参数并能控制三路电气设备。2系统总体设计本系统主要分成数据采集、数据传输和服务器展示三个部分，系统总体方框图如图1所示。图1系统总体方框图采集节点部分通过IO端口与各种数字传感器相连，通过IO端口控制继电器模块，继电器再去控制实际的强电设备。网关部分负责向采集节点发送控制命令和接收采集的数据、向服务器查询待执行的控制命令和发送节点采集的数据、接入互联网。网关与采集节点之间通过无线传感网传输数据，网关接入互联网方式可以是ADSL拨号、LAN等多种方式。网关通过串口与传感网

4、的边界路由器相连。服务器展示部分提供WEB服务，用户输入用户名和密码后，可以访问本用户名下的所有采集节点，同时还提供添加和删除采集节点设备等管理功能。3硬件设计3.1采集节点部分采集节点硬件主芯片选用TI公司的CC2530，课题组独立设计并生产了采集节点主控电路板以降低成本，实物图如图2所示。图2CC2530采集节点主控电路板实物图主控板设计了USB供电、电池供电和JTAG供电三种供电方式。引出一组5V电源作为继电器的吸合电压，引出四组3.3V电源用于给各种传感器供电。电源部分接入一个0.75A的自

5、恢复保险丝防止意外短路损坏电路板。CC2530的P0和P1共16个IO口全部引出，用于连接传感器和继电器模块。设计了一个USB转串口用于供电、调试和与上位机通信。射频天线部分采用巴伦电路实现平衡不平衡转换，单端线部分做了50Ω阻抗匹配，差分线部分做了差分100Ω阻抗匹配，最大可能的保证射频信号的接收灵敏度。空气温湿度传感器采用DHT11模块，光照传感器采用BH1750FVI模块，土壤湿度传感器采用SHT10模块，继电器采用触发电压3.3V且吸合电压5V的模块。3.2网关部分网关部分直接采用市面上销售

6、的普通无线WIFI路由器，无线路由器价格不足100元，相比较于ARM-Linux开发板可以有效降低成本。边界路由器的硬件与采集节点相同，只是烧录不同的程序。3.3服务器部分服务器部分可以租用VPS（虚拟服务器），选用1核CPU、1Mbps带宽、512MB内存、20GB硬盘、独立IP地址的虚拟服务器完全能满足本系统的需要，服务器的租用费用约500元/台年。一台服务器可以给多个用户提供服务以平摊成本。4软件设计4.1整体思路WEB页面只是读写数据库，完成采集数据的对外展示和提供控制面板。每个用户对应服务

7、器上MySQL数据库里的一个库，库里有本用户名下所有采集节点信息的表，每一个采集节点对应一个采集参数的表和一个执行控制命令的表。网关每隔2秒向服务器查询本用户名下的采集节点列表，然后循环读出每个设备的控制命令表判断是否有待执行的命令，如果有待执行的命令就发给采集节点去执行，并用执行的结果更新本节点命令表中本条命令的状态。网关每隔10分钟循环向每个采集节点请求温湿度和光照强度等信息，并把请求结果插入到MySQL数据本节点的参数表中。采集节点运行一个服务程序，接收网关发过来的采集命令和控制命令，并返回命

8、令的执行结果，每一条控制命令有“waitting”、“success”、“error”和“timeout”四种状态。4.2服务器部分服务器端采用CentOS操作系统、PHP服务器端脚本、MySQL数据库和ApacheWEB服务器软件组合；浏览器端采用HTML和JavaScript脚本及AJAX技术。WEB页面提供节点设备选择，选择完节点后可以查询本节点采集的参数和控制本节点的控制通道，同时提供添加和删除设备。WEB客户端通过AJAX接口向服务器提交读写数据库的请求，服