溫室大棚智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng).pdf

28 農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣 Agricultural Popularization 2020 年 3 月下 溫室大棚智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 劉 錦 陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程學(xué)院 陜西 西安 710300 摘 要 在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中 農(nóng)民澆水灌溉 施肥 打藥等全憑積累的經(jīng)驗(yàn) 這樣落后的生產(chǎn)方式已經(jīng)漸漸不能滿足人類的需求 隨著農(nóng) 業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展 溫室大棚 無(wú)土栽培等生產(chǎn)方式漸漸出現(xiàn) 然而 普通的農(nóng)民難以應(yīng)用這些先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù) 文章設(shè)計(jì)了一款經(jīng)濟(jì)易操作的智 能農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 主要應(yīng)用于溫室大棚 該系統(tǒng)基于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 采用 Arduino UNO 微處理器作為系統(tǒng)的主控芯片 使用溫濕度傳感器 DHT11 光照傳感器 BH1750FVI 和土壤濕度傳感器作為外界環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊 使用網(wǎng)絡(luò)模塊 W5100 將數(shù)據(jù)傳送到用 PC 機(jī)搭建的 Web 服務(wù)器平臺(tái) 程 序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后 通過(guò) JSP 頁(yè)面實(shí)時(shí)顯示溫濕度 光照強(qiáng)度 土壤濕度數(shù)值 用戶可以通過(guò)電腦或手機(jī)瀏覽器隨時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù) 對(duì)農(nóng) 業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)單易操作 成本低 智能化程度高 十分適用于普通的農(nóng)民大眾 關(guān)鍵詞 溫室大棚 智能農(nóng)業(yè) 嵌入式 傳感器 中圖分類號(hào) TP212 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 文章編號(hào) 1672 3872 2020 06 0028 02 作者簡(jiǎn)介 劉錦 1993 女 陜西西安人 碩士 助教 研究方向 電子信息工程 遙感圖像處理 隨著社會(huì)的不斷發(fā)展 傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式已經(jīng)不能滿 足經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求 智能農(nóng)業(yè) 1 成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì) 智能農(nóng) 業(yè)通過(guò)溫濕度 光照 土壤濕度等傳感器 對(duì)農(nóng)作物采集的 數(shù)據(jù)進(jìn)行分析 自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉指定設(shè)備 加熱 加濕 光照 澆灌設(shè)備等 用戶可以通過(guò)電腦或手機(jī)隨時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù) 光照 濕度和溫度是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要參數(shù) 如果控 制不當(dāng) 將大幅度影響農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育 造成農(nóng)作物產(chǎn)量降 低 2 溫室大棚這種生產(chǎn)方式通過(guò)智能化的監(jiān)測(cè)技術(shù)可以有 效控制農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境 同時(shí)存在成本高 技術(shù)復(fù)雜 要 求操作人員比較專業(yè)等缺點(diǎn) 文章基于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一 款智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室內(nèi)溫度 濕度以及光照強(qiáng) 度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 1 傳感器 傳感器能提取外界信息 并完成檢測(cè)任務(wù) 1 1 傳感器的選擇 1 溫濕度傳感器 2 光照傳感器 3 土壤濕度傳感器 1 2 傳感器參數(shù) 1 2 1 DHT11 DHT11是一款已校準(zhǔn)的溫濕度復(fù)合傳感器 其基本參數(shù)如 表1所示 DHT11的實(shí)物圖如圖1所示 供電電壓 3 3 5V DC 輸出類型 單總線串行輸出 濕度測(cè)量范圍 20 90 RH 濕度測(cè)量精度 5 RH 濕度分辨率 1 RH 溫度測(cè)量范圍 0 50 溫度測(cè)量精度 2 溫度分辨率 1 DHT11的引腳說(shuō)明如表2所示 表 1 DHT11 基本參數(shù) 表 2 DHT 引腳說(shuō)明 圖 1 DHT11 實(shí)物圖 Pin 名稱 注釋 1 VDD 供電3 5 5V DC 2 DATA 串行數(shù)據(jù) 單總線 3 NC 空腳 請(qǐng)懸空 4 GND 接地 電源負(fù)極 1 2 2 BH1750FVI BH1750FVI是一款已校準(zhǔn)的溫濕度復(fù)合傳感器 其最大額 定參數(shù)如表3所示 表 3 BH1750FVI 最大額定參數(shù) 表 4 BH1750FVI 運(yùn)行條件 參數(shù) 額定值 供電電壓 4 5V DC 反向電流 7mA 功率損耗 260MW 運(yùn)行溫度 40 85 BH1750FVI運(yùn)行條件如表4所示 參數(shù) 符號(hào) 最小值 時(shí)間 最大值 V CC 電壓 V CC 2 4V 3 0 3 6V I 2 C參考電壓 V DVI 1 65V V CC BH1750FVI實(shí)物圖如圖2所示 圖 2 BH1750FVI 實(shí)物圖 1 2 3 土壤濕度傳感器 土壤濕度傳感器采用FDR頻域反射原理 其技術(shù)參數(shù)如 表5所示 土壤濕度傳感器技術(shù)實(shí)物圖如圖3所示 2 微處理器 該智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)選擇Arduino UNO微處理器 2 1 Arduino 簡(jiǎn)介 Arduino 3 能通過(guò)傳感器來(lái)感知環(huán)境 通過(guò)控制燈光 馬 農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣 29 Agricultural Popularization2020 年 3 月下 智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖5所示 表 5 土壤濕度傳感器技術(shù)參數(shù) 圖 3 土壤濕度傳感器實(shí)物圖 圖 4 Arduino UNO 實(shí)物圖 表 6 Arduino UNO 技術(shù)參數(shù) 圖 5 硬件結(jié)構(gòu)圖 圖 6 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果圖 參數(shù) 額定值 工作電壓 5 12V DC 工作電流 21 26mA 測(cè)量精度 3 工作溫度范圍 30 80 測(cè)量區(qū)域 以中央探針為中心 直徑為7cm 高7cm的圓柱體 測(cè)量穩(wěn)定時(shí)間 2s 達(dá)和其他裝置來(lái)反饋 影響環(huán)境 2 2 Arduino 的特點(diǎn) 1 跨平臺(tái) 2 簡(jiǎn)單清晰 3 開(kāi)放性 2 3 2Arduino UNO 開(kāi)發(fā)板 Arduino UNO 4 是基于 ATmega328P 的 Arduino 開(kāi)發(fā)板 其實(shí)物圖如圖4所示 技術(shù)參數(shù)如表6所示 型號(hào) Arduino UNO 工作電壓 5V 輸入電壓 推薦 7 12V 輸入電壓 極限 6 20V 數(shù)字I O引腳 14 PWM通道 6 模擬輸入通道 6 每個(gè)I O直流輸出能力 20mA Flash 32kB SRAM 2kB EEPROM 1kB 時(shí)鐘速度 16MHz 5 結(jié)束語(yǔ) 該智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用多個(gè)傳感器采集外界環(huán)境信 息 Arduino Uno微處理器作為主控芯片 并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)模塊 W5100 實(shí)現(xiàn)它與Web服務(wù)器的連接 最后瀏覽器顯示由Web 服務(wù)器發(fā)送的環(huán)境數(shù)據(jù) 用戶可以通過(guò)電腦或手機(jī)瀏覽器隨 時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù) Arduino Uno微處理器不需要設(shè)計(jì)專門(mén)的顯示電路 使硬 件電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單 成本降低 W5100網(wǎng)絡(luò)模塊實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)器 與Arduino微處理器遠(yuǎn)程交互式通信 通過(guò)JAVA程序設(shè)計(jì) 使簡(jiǎn)單的電路可完成復(fù)雜的功能 不需要專門(mén)設(shè)計(jì)顯示電路 系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本降低 該系統(tǒng)還具有遠(yuǎn)距離測(cè)量 反應(yīng)快 測(cè) 量精度高 分辨力高的優(yōu)點(diǎn) 參考文獻(xiàn) 1 陳一飛 高萬(wàn)林 齊凱 等 現(xiàn)代智能農(nóng)業(yè)技術(shù)引領(lǐng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化 進(jìn)程初探 J 農(nóng)機(jī)化研究 2014 8 1 4 2 任碩果 基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) J 信息與電腦 理論版 2017 2 149 150 3 董曉晨 劉衛(wèi)平 皮婷婷 等 基于 FDR 原理的土壤氮含量檢測(cè) 方法研究 J 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào) 2014 30 36 204 210 4 陳清 一款適合菜鳥(niǎo)級(jí)創(chuàng)客應(yīng)用的開(kāi)發(fā)軟件 Linkboy J 中國(guó)信 息技術(shù)教育 2018 19 82 84 5 張銀鴻 閔建 莊建 等 基于以太網(wǎng)的多協(xié)議溫濕度采集系統(tǒng) 研制 J 核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù) 2015 35 5 478 482 6 吳文慶 計(jì)算機(jī)軟件 JAVA 編程優(yōu)勢(shì)及其應(yīng)用研究 J 職業(yè)技術(shù) 2019 18 7 96 99 7 劉娜 王艷春 孫長(zhǎng)偉 基于 STM32 和 Web 服務(wù)器的庫(kù)房安全監(jiān) 測(cè)設(shè)計(jì) J 山西能源學(xué)院學(xué)報(bào) 2017 1 215 217 收稿日期 2019 12 10 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案 該系統(tǒng)采用Arduino Uno微處理器作為主控 溫濕度傳 感器DHT11 光照傳感器BH1750FVI 土壤濕度傳感器作為環(huán) 境檢測(cè)模塊 蜂鳴器作為報(bào)警裝置 最后瀏覽器顯示由Web 服務(wù)器發(fā)送的溫濕度 光照強(qiáng)度 土壤濕度數(shù)據(jù) 用戶可以 通過(guò)電腦或手機(jī)瀏覽實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù) 5 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案 首先本系統(tǒng)采用JAVA語(yǔ)言 6 用PC機(jī)搭建了一個(gè)Web 服務(wù)器平臺(tái) 7 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)模塊W5100 實(shí)現(xiàn)Arduino UNO微處 理器與Web服務(wù)器的連接 農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境的溫濕度 光照 強(qiáng)度 土壤濕度等數(shù)據(jù)經(jīng)Arduino UNO微處理器采集后 通 過(guò)網(wǎng)絡(luò)模塊W5100傳送到Web服務(wù)器 服務(wù)器上的程序?qū)@ 些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理 最后通過(guò)JSP頁(yè)面實(shí)時(shí)顯示各數(shù)值 如圖6所示 并且當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定的閾值時(shí) Arduino Uno微處理器輸出控制信號(hào)開(kāi)啟或關(guān)閉控制開(kāi)關(guān) 控制相應(yīng)的 指定設(shè)備 對(duì)溫濕度 光照 土壤濕度進(jìn)行智能調(diào)節(jié)