农业物联网的探索——智能温室大棚的研究

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1、张彬：农业物联网的探索目　　　　录农业物联网的探索11智能大棚的硬件系统设计11.1基本结构硬件系统的设计21.2接口电路设计32智能大棚的软件系统设计63温室大棚应用小结94结束语10参考文献11致谢词1211张彬：农业物联网的探索11张彬：农业物联网的探索农业物联网的探索——智能温室大棚的研究农业物联网，即在大棚控制系统中，运用物联网系统的温度传感器、湿度传感器、PH值传感器、光传感器、二氧化碳传感器等设备，检测环境中的温度、相对湿度、PH值、光照强度、土壤养分、二氧化碳浓度等物理量参数，通过各种仪器仪表实时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中，保证农作物有一

2、个良好的、适宜的生长环境。远程控制的实现使技术人员在办公室就能对多个大棚的环境进行监测控制。采用无线网络来测量获得作物生长的最佳条件，可以为温室精准调控提供科学依据，达到增产、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。大棚蔬菜能提供及时、反季节的新鲜蔬菜，其市场前景良好。但是大棚蔬菜的管理非常复杂，大棚蔬菜对环境温度、湿度，光照的要求很高，要求菜农具备较强的专业蔬菜种植水平。大棚蔬菜的人力投入太多，尤其是对于反季节蔬菜的管理，基本上要求全天候值守管理。人力的大量投资会造成管理成本的增加，对于种植水平较低的农户来说，种植大棚蔬菜可能很难获利。如何在降低投资的基础上，减少

3、人力资本，完成蔬菜大棚的增值创收成为当前农户的迫切需求。物联网是指物体通过装入射频识别设备、红外感应器、GPS或其他方式行连接[1]，然后通过移动通信网络或其他方式接入到互联网，最终形成智能网络，通过电脑或手机实现对物体的智能化管理和信息采集分析。结合Internet发展物联网技术[2]，构建基于物联网技术的智能蔬菜大棚，可以在有限资金投入的基础上，实现蔬菜大棚的科学化管理，提高农业增收。这种蔬菜大棚采用传感器来替代人工管理，使用基于Internet的物联网来实现精确而专业的蔬菜管理，放宽了菜农的蔬菜种植水平，使得不具备专业知识的人员都可实现大棚蔬菜的种植，从而拓宽致富

4、道路，实现农业创收。1智能大棚的硬件系统设计该智能大棚控制系统以16位MCU为主控制器，通过两套温度、湿度、光敏传感器，对大棚内外的温度、湿度、光强进行实时采集，通过A/D转换，把信号送往MCU进行处理[3]。在CPU内部Flash存有一个小型的温室环境数据库，通过对两套传感器采集的环境参数进行分析对比，最终做出决策，系统自动发出指令，控制大棚内的热循环、采光、喷淋等子系统进行相应的动作；或根据LCD上显示的信息，通过键盘采取干预性的发出控制指令，从而达到控制大棚内部环境，便于农作物的生长的目的。控制的详细指标分别为：（1）大棚内的温度基本保持在30～35℃；11张彬：

5、农业物联网的探索（2）光强基本保持在6～12格的范围之内；（3）湿度基本保持在45%～75%。1.1基本结构硬件系统的设计该智能大棚采用MSP430为主控制器[4]，用来总体协调控制整个系统，对内部A/D采集的数据进行处理，与内部设定的数据库比较，根据设定的各参数发出指令控制采光、照明、热循环、喷淋子系统，来改变大棚内部的环境。同时，还可利用MSP430来驱动液晶屏，实时地显示大棚内外的各环境参数。由于本系统主电源提供的是5V直流电，而MSP430最大工作电压是3.3V，所以本系统利用TPS70302来给单片机供电。本系统采用两块TMP275温度传感器，来采集大棚内外的

6、温度值。系统的体系结构见图1。图1系统体总框架11张彬：农业物联网的探索1.2接口电路设计本系统的接口电路主要涉及主控部分、驱动电路部分、液晶屏幕和键盘部分、传感器系统部分4个模块。主控制部分主要集成了MSP430、TPS70302、JTAG接口以及复位电路等[5]。在该电路上，TPS70302主要负责电平转换，将5V电平转换为3V。为了保证制版的可靠性及扩展性，可将MSP430主控器的所有引脚都通过排针引出来。主控部分的实际电路见图2。图2主控制部分实际电路驱动电路部分通过MSP430的P2端口输出高低电平并利用ULN2003来控制各水泵风扇的工作。为便于观察水泵的工

7、作状态，在每个泵机的两端并联了一个LED指示灯。驱动电路结构见图3。11张彬：农业物联网的探索图3驱动电路结构液晶屏与键盘部分利用P1端口的中断来实现键盘功能，键盘为3×3的布局。P4端口为液晶屏的8位数据口，P5.0～P5.4为液晶屏的5个控制端口。液晶屏与键盘部分的电路如图4所示。11张彬：农业物联网的探索图4液晶屏与键盘部分电路本系统采用两套传感器，湿度和光强利用MSP430内部A/D通过P6.0～P6.3的4个端口进行多通道序列采集[6]，温度通过P3.1～P3.1的IIC总线进行实时的采集。传感器系统的连接图见图5。11张彬：农