基于物联网的花卉温室大棚环境检测系统设计

龙源期刊网基于物联网的花卉温室大棚环境检测系统设计作者：王一涯陈曙光王宪菊来源：《现代农业科技》2017年第10期摘要花卉的生长发育与环境因素息息相关。为了实现对花卉生长环境参数实时采集并远程传输和监测，设计了一种基于农业物联网的花卉环境监测系统。无线传感节点以STM32F103ZET6单片机为控制核心，检测的环境参数主要有空气温/湿度、土壤湿度、光照强度以及CO2浓度等，采集的环境参数通过无线通讯模块传输到网关。通过终端可远程观测花卉的生长环境，为花卉的精细管理提供了决策依据。关键词环境监测系统；环境参数；花卉；土壤湿度；光照强度中图分类号TP368.1文献标识码A文章编号1007-5739（2017）10-0166-01AbstractThegrowthoffloweriscloselyrelatedtoenvironmentalfactors.Inordertorealizetheflowergrowingenvironmentparametersreal-timeacquisitionandremotetransmissionandmonitoring，designedaflowerenvironmentmonitoringsystembasedoninternetofthings.WirelesssensornodeswiththeSTM32F103ZET6asthecore，environmentalparametersincludedtheairtemperature/humidity，soilmoisture，lightintensityandCO2concentration，etc.Environmentalparametersweretransmittedtothegatewaythroughwirelesscommunicationmodule.Theterminalcanremotelyobserveflowersgrowingenvironment，sothatitcanprovideadecision-makingbasisforfinemanagementofflowers.Keywordsenvironmentdetectionsystem；environmentalparameters；flower；soilmoisture；lightintensity传统的花卉管理方式为粗放式，依靠种植人员的经验进行管理，是无法达到精准管理的。近年来，温室花卉栽培技术发展迅速，温室大棚环境对设施花卉的生长发育影响很大，利用农业物联网技术对温室大棚花卉环境实现远程监测，实时采集环境信息并进行数字化处理和传输，园艺工作人员可及时掌握大棚环境并对环境参数进行调控，实现花卉的精细管理，有效提高生产效率和产品品质[1]。影响温室花卉生长发育的关键环境参数有空气温度、湿度、土壤墒情、CO2浓度和光照强度。本文设计了无线传感器节点，该节点以微控制器为中心，采用温湿度传感器、土壤湿度传感器、CO2浓度传感器和光照传感器采集大棚的环境参数，用微控制器对环境参数进行加工处理，通过无线通讯模块传输到路由器，再由路由器将各传感器节点汇聚到协调器网关，由网关通过3G/4G网络接入Internet网络，管理者即可通过终端随时随地观测大棚环境[2]。龙源期刊网系统总体设计基于物联网的花卉温室大棚系统主要由感知层、网络层和应用层组成。系统整体框架结构如图1所示。感知层由若干个无线传感节点组成，负责采集温室大棚的空气温湿度、光照强度、土壤墒情和CO2浓度等环境参数；网络层即网关，包括4G通信模块、Zigbee协调器模块和以太网模块，多个传感器节点采集的数据在网关汇聚；应用层由服务器和终端组成，服务器负责数据存储和信息发布[3]。系统总体工作流程为：现场多个传感器将采集到的数据传输到网关，网关再将数据通过Internet网络转发给服务器；服务器将数据发布；管理人员或用户即可通过PC、手机等智能终端访问查询环境参数，以实现对温室环境参数的及时调控。1.2系统硬件设计系统硬件包括无线传感节点和网关两部分。1.2.1无线传感节点设计。无线传感节点以STM32F103为控制核心，分别采用温/湿度传感器DHT11、光照强度传感BH1750FVI、CO2浓度传感器MG811和土壤湿度传感器SM2801B感测温室大棚环境参数。微控制器分时接收各个传感器的数据，对数据进行分析处理，并将处理后的数据通过无线通讯模块发送到路由器，再由路由器将各传感节点的数据汇聚到网关[4]。传感节点采用市电供电，节点结构如图2所示。1.2.2网关设计。网关主要由ARM微控制器、4G通信模块、以太网模块、ZigBee协调器模块和电源模块组成。其功能是将无线传感节点发送的数据转发到花卉环境监控中心[5]。网关结构如图3所示。微控制器采用目前广泛使用的三星芯片Exynos4412，该芯片具有高的主频和丰富外设，配置2GB双通道DDR3的内存和16GB存储，稳定性强，可靠性高，处理能力强[6]，操作系统采用Linux，成本低，可扩展多种功能模块；4G模块采用USR-TLE-7S4模块，通过串口与微控制器Exynos4412相连，下行速率为150Mbps，上行速率为50Mbps，发射功率为23dBm；ZigBee协调器模块采用XBEEZNet2.5，该模块功耗低，通过硬件设置，可分别工作于路由器、终端节点和协调器3种工作模式，也可自动生成路由，组成自恢复网络；以太网模块采用USR-TCP232-T2模块，支持HTTP协议传输[7]。2结论龙源期刊网通过应用，基于物联网的花卉环境监测系统能满足生产需求。无线传感节点采集的数据能实时反映温室大棚环境变化；花卉温室大棚环境监测中心可为管理人员提供图形化的数据形式，并实现信息共享[8-9]；通过远程客户端可查询、下载和浏览数据。系统性能可靠、工作稳定，达到了预期目标。3参考文献[1]牛磊.基于农业物联网的田间环境监控系统设计与是实现[D].北京：中国民族大学，2012.[2]吕伟德.基于物联网技术的水培花卉智能生产关键技术的研究与应用[D].杭州：浙江大学，2014.[3]李道亮.物联网与智慧农业[J].农业工程，2012，2（1）：18.[4]王建平.基于物联网技术的智能蔬菜大棚构建[J].广东农业科学，2011（5）：200-201.[5]张观山.果园智能灌溉系统的开发[D].泰安：山东农业大学，2014.[6]赵伟.基于远程通信技术的温室环境控制系统研究与实现[D].北京：中国农业科学研究院，2010.[7]王冬.基于物联网的智能农业监测系统的设计与实现[D].大连：大连理工大学，2013.[8]张研.物联网在现代农业中额应用与前景展望[D].哈尔滨：东北农业大学，2011.[9]常超.基于WSN的精准农业远程环境监测系统设计[J].传感技术学报，2011，2（6）：799-833.龙源期刊网