日光温室远程监控系统设计

摘要

　　近些年来温室技术的发展日新月异,与此同时温室大棚的规模也逐年增加。从最初的单体温室发展到现在大面积的连栋温室的出现,所以对于温室技术的要求也就越来越商,随之而来的就是温室内需要采集的参数不断增多,控制量也在不断的增加。传统的单一测控温室环境参数的技术早己经被当下的温室技术所淘汰。现如今的湿度控制系统应该是综合测控包括温湿度、二氧化碳、光照、±湿等一系列环境参数,为温室内作物体统一个更好的小气候系统,为人们提供一个更智能化自动化的温室系统,现已成为温室控制系统发展的必然庭势。

　　本文通过对温室环境参数进行分析,提出一个温室监控系统的整体方案,该系统包含H个部分:第一部分是由用户端上位机构成的中也数据层,主要作用是为用户显示当前温室内环境参数信息,同时可以根据用户的需要制定控制方案对湿室进行远程智能控制;第二部分是控制与交换层,LSTM32微控制器为核也的温室主控制器、Zigbee协调器及控制模块所构成。通过以太网以及Zigbee无线网络,分别结合Modbus/TCP以及Z-Stack协议检与用户端上位机以及终端设备进行数据交换,实现采集二氧化碳、温度、土湿以及光照度的环境参数。温室主控制器通过控制继电器,实现控制温室环境的目的。第三部分是终端业务层也就是系统的采集部分,该部分以　51单片机为核也组成采集模块。本设计主要是为了辅助管理温室,对温室内环境参数进行监测与控制,为温室农作物的生长提供一个更好的气候条件。由于条件有限文章在验证部分仅对灌满功能进行验证,对其他环境参数的控制有待以后完成。

　　经验证该系统能够实现对温室的二氧化碳浓度、土壤水分含量、光照度、温度进行实时监测,能够实现对温室内作物进行手动和自动的灌概控制。

　　关键字:温室主控制器;STM32;Zigbee;环境参数;以太网

Abstract

　　In recent years,with the rapid development of greenhouse t;echnology, the scale of greenhouse has been increasing year by year From the initial single greenhouse to the cxirrent development of greenhouse area appears,the requirements for the greenhouse technology are increasingly higher, so it is to be collected in the greenhouse parameters increasing, the control quantity is increasing. The traditional single measurement and control of greenhouse environment parameters have been eliminated by the current greenhouse technology. Now, the greenhouse control system should include comprehensive control of temperature and humidity, carbon dioxide, light, soil moisture and a series of environmental parameters, small climate system object unined a better for the greenhouse, provide a more automatic and intelligent greenhouse system for people, it has become the inevitable trend of the development of greenhouse control system.

　　Based on the analysis of greenhouse environment parameters,the whole scheme of a greenhouse monitoring system were put forward, this system concluded three parts: the first part was the center of the dat过 layer client PC form, the main role was 1:0 show the user the current greenhouse environment parameter information, users could also remotely set of greenhousie environment control greenhouse, achieved the purpoth of remo1:e monitoring and control; the second part was the exchange layer, which using STM32 microcontroller as the core of the greenhouse Zigbee main controller and coordinator and control module. Through the Ethernet and Zigbee wireless network, respectively t:o exchange data with the Modbus/TCP and Z-Stack proU)col stack and the user terminal host computer and terminal equipment, realized the acquisition of carbon dioxide, temperature,so。moisture and illumination parameters. The main controller of the greenhouse was controlled by the RS232 bus and the Modbus-RTU was used to realize the control of the greenhouse environment. The third part was the terminal business layer was the collection of the system, which was composed of 51 single-chip microcomputer as the core module. This design was mainly 1:0 assist the management of greenhouse, monitoring and control of the indoor environment parameters, to provide a better climate conditions for the growth of greenhouse crops. Due to the limited conditions in the validation part of the article only to verify the irrigation function, the control of other environmental parameters need to be completed later.

　　It is proved that the system can realize the real-time monitoring of the carbon dioxide concentration, soil moisture content, light intensity and temperature in the greenhouse.

　　Keywords：Greenhou th master controUer;STM32;Zigbee;eiivironmental parameters;Ethernet

　　随着世界经济快速地发展,全球人口同样也是爆炸性的増长。虽然城市化的进程逐年递增,为人们的生活提供了诸多便利,但同时也带来了很多麻烦,严重的环境污染,各类建设征占王地,资源日渐紧缺,再加上止地荒漠化,水资源紧缺,耕地面积逐年减少。所面对人口基数不断増多然而土地面积却不断减少,人均王地面积就会更少这一突出问题,发展农业技术对我们今后的社会发展极为重要。我国国王面积!^及物产资源虽然位居世界前列,但由于人口众多导致人均水平较低,与此同时现有±地资源还在不断减少。此外,我国国止面积极为江阔,在960万平方公里的大地上存在着差异性较大的南北气候。

　　在古代人们就发现橘子生长在淮河1^^南,则被称为橘子,而生长在淮河W北就被称为积。送说明大多数作物都会受到季节和气候的影响。北方与南方地区相比气候较为恶劣,温度偏低而且许多止地很难利用.若要提高产量必须革新农业技术。作物的生长受环境因素影响很大,例如温度,湿度,二氧化碳浓度等。能够操控环境因素就能有效地解决由于农业生产地域W及气候因素的影响。农业设施化是一种新兴技术,在-定程度上能够改善环境。通过调控作物生长的环境因素,保证了作物在不同季节,不同地域都可进行栽培,使各类不同的农产品能够供应市场的需求。与此同时,设施化的农业技术不仅提高了对±地的利用效率、肥料的利用效率,特别是对水资源的利用率有了很大的提髙。据统计近些年我国对于设施化农业技术的应用越来越多,应用设施化农业技术的止地面积也越来越大,能够采用设施化±地面积所占比重正逐年递増,逐渐成为种植业不可获缺的一部分。随着人们生活需求日益增长,设施化农业技术应用比例逐渐增离,其商效资源利用率备受农业工作者喜爱,农业技术设施化逐渐成为解决各类资源短缺的有效途径。

　　作室作为设施农业的重要组成部分,温室监控系统为温室的核屯、技术。最早的温室监控系统是采用模拟式组合仪表,仅对单一环境参数进行测量和控制。随着科技不断的发展,传感技术和单片机技术也得到了革新,对于温室环境的自动监测及控制技术也有了长足的进步。到八九十年代,温室监控系统中不断引进计算机及总线技术,实现了温室控制的自动化。与此同时通过将温室监控系统与专家系统技术相融合,实现了温室智能化管理的功能。技术相对落后的温室控制系统,通常采用点对点的方式作为监控点与控制器之间的连接方式。单一的监控还可轻松应对,当温室内需要监测的因素增多时,布线与接线错综复杂十分困难,且抗干扰能力差、工作不稳定、系统测试精度不高。随着无线通信技术的发展,人们开始将无线技术应用于设施化农业温室监控系统中,在国外早己有成功应用的案例。国内的温室技术在借鉴温室技术先进的其他国家的经验上,也在提高本身温室大棚的自动化技术。我国的温室大棚技术尚处于发展阶段所IU其发展空间极为可观。所W对于温室监控系统的研巧,即能提高作物生产效率,又能将有限的资源合理分配,而且对于将来人工智能化的温室发展具有重要的指导意义。

　　(1)本文首先通过对国内与国外的温室监控系统特点W及发展情况进行了比对分析,提出一种自上而下发散型网络主从方案。设计一套结合自动控制技术、zigbee无线网络通讯技术,W太网通讯技术、传感器技术的温室监控系统的总设计框架。

　　(2)接着对温室监控系统进行了硬件设计,包括温室主控制器的芯片选择,最小系统的设计,对温室环境因子采集的硬件设计,完成了对电源电路、控制电路、开关信息反馈电路、W太网通讯电路、RS232通讯电路分析、液晶显示电路等的硬件设计。

　　(3)温室监控系统的硬件设计实现后,先对基于单片机的日光温室大棚远程监控系统的软件主流程进行了分析,然后对个独立模块的软件流程进行了分析,再对系统中的W太网通信、RS232通信W及Zigbee无线网络通信的软件设计进行了分析。

　　(4)最后系统设计完成,W沈阳农业大学北山日光温室大棚为试验地,对系统的数据采集功能W及对环境因于控制得功能进行测试。

　　日光温室远程监控系统演示：

用户端的上位机控制主界面

 
灌槪控制界面

二氧化碳浓度控制界面

温度参数控制界面

目录

　　摘要
　　Abstract
　　第一章 绪论
　　　　1.1 课题的目的及意义
　　　　1.2 温室控制技术及国内外研究现状
　　　　　　1.2.1 国外温室技术的发展
　　　　　　1.2.2 国内温室技术的发展
　　　　　　1.2.3 国内外湿室技术的发展总结
　　　　1.3 温室控制技术的发展趋势
　　　　1.4 本文的研究内容
　　第二章 系统总体方案设计
　　　　2.1 温室监控系统的设计思想
　　　　2.2 温室内的环境因子分析
　　　　2.3 关键技术支持
　　　　　　2.3.1 RS-232总线
　　　　　　2.3.2 RS-485总线
　　　　　　2.3.3 Zigbee无线传输
　　　　2.4 温室监控系统的总体方案设计
　　　　2.5 本章小结
　　第三章 系统的硬件设计
　　　　3.1 温室主控制器STM32的硬件设计
　　　　　　3.1.1 单片机的选择
　　　　　　3.1.2 STM32的最小系统设计
　　　　　　3.1.3 电源模块设计
　　　　　　3.1.4 实时时钟模块设计
　　　　　　3.1.5 控制模块电路设计
　　　　　　3.1.6 开关信息反馈电路设计
　　　　　　3.1.7 以太网接口电路设计
　　　　　　3.1.8 RS232通信模块设计
　　　　　　3.1.9 Zigbee无线通信模块设计
　　　　　　3.1.10 LED状态指示模块设计
　　　　　　3.1.11 数据存储模块
　　　　3.2 采集模块的硬件设计
　　　　　　3.2.1 51单片机最小系统电路设计
　　　　　　3.2.2 采集电路设计
　　　　　　3.2.3 LCD液晶显示模块设计
　　　　3.3 传感器的选择
　　　　　　3.3.1 温度传感器
　　　　　　3.3.2 止壤水分含量传感器
　　　　　　3.3.3 光照度传感器
　　　　　　3.3.4 二氧化碳浓度传感器
　　　　3.4 本章小结
　　第四章 温室蓝控系统的软件设计
　　　　4.1 温室监控系统的软件设计概述
　　　　4.2 系统逻辑控制软件设计
　　　　　　4.2.1 温室监控系统控制模式软件设计
　　　　　　4.2.2 温室环境控制软件设计
　　　　4.3 系统通讯的软件设计
　　　　　　4.3.1 通讯协议的选择
　　　　　　4.3.2 系统通讯的软件设计
　　　　　　4.3.3 Modbus/TCP通讯设计
　　　　　　4.3.4 Modbus/RTU通讯设汁
　　　　4.4 Zigbee无线网络的设计
　　　　　　4.4.1 Zigbee无线网络的软件设计方案
　　　　　　4.4.2 通讯协议的设计
　　　　　　4.4.3 Zigbee网络节点的软件设计
　　　　4.5 本章小结
　　第五章 系统的性能与结果分析
　　　　5.1 上位机监控界面
　　　　5.2 系统的软件监控功能测试
　　　　5.3 本章小结
　　第六章 总结与展望
　　　　6.1 总结
　　　　6.2 展望
　　参考文献
　　致谢

（如您需要查看本篇毕业设计全文，请您联系客服索取）