CN105320046A - 一种基于WiFi的大棚多功能管理系统 - Google Patents

Abstract

一种基于WiFi的大棚多功能管理系统由传感器系统、图像采集、机械手臂运动、加湿/补光/通风、单片机控制器、WiFi无线通信、手机APP应用、报警、太阳能电池，等模块组成。位于大棚内的传感器系统模块和位于控制室内的单片机控制器模块，与管理人员的手机是通过WiFi无线通信模块进行数据交换。单片机控制器能自动地根据人为设定的湿度、湿度，或者通过WiFi无线通信模块，来控制喷雾加湿装置、通风装置和补光加热装置，进行自动调节或者控制机械手臂的运动。管理人员在控制室内可以边看图像边通过WiFi无线通信模块给单片机控制器发指令，启动机械手臂，实施抓取后移动，再释放。太阳能电池模块给大棚内提供电能。

Description

一种基于WiFi的大棚多功能管理系统

技术领域

本发明属于一种基于物联网技术远程控制领域，适用于农业大棚作业的远程控制。

背景技术

农业大棚种植成为当今反季节蔬菜的一个重要手段，物联网技术的应用给大棚自动管理带来了可能。由于大棚位于田间，其中重要的一个问题就是门的管理，需要设置智能型的门，让管理者远程能了解到是否有人进入了大棚；其次就是大棚内温度与湿度的调节，需要自动地降温、通风、加湿，可以节省人力维持作物正常生长；第三就是作物的智能收割、运输，以及剔除次品等工作。

发明内容

本发明解决了(1)大棚门开启报警；(2)大棚内自动通风降温，喷雾增湿，补光加热；(3)远程控制大棚内通风降温，喷雾增湿，补光加热；(4)太阳能提供大棚用电；(5)远程控制机械手臂收割蔬菜，装框，移运；(6)在控制室实现用机械手剔除次品。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

技术构思：(a)采用霍尔元件感知门的开启，有利于防盗；(b)采用温度/湿度传感器，由单片机控制器分析如果大棚内温度湿度超出设定范围就进行自动保温保湿；(c)单片机控制器由串口通过WiFi无线通信模块和管理人员的手机无线连接，手机客户端的APP应用程序与单片机控制器进行TCP/IP协议通信，在远程管理人员手机屏幕上显示出大棚内的温度和湿度数值；(d)远程管理人员通过手机发出指令，控制大棚内的温度和湿度；(e)太阳能电池储能提供大棚智能化能源；(f)在控制室管理人员可以控制机械手臂在导轨上移动、伸展，机械手实现抓取和释放。

设备发明：基于WiFi的大棚多功能管理系统。

本专利的有益效果是：实现智能大棚门，自动控制大棚内温度和湿度，远程控制大棚内温度和湿度，在控制室内可以控制蔬菜收集、移运以及剔除次品，大棚能源自给不需要供电。制作成本低，经济价值可观。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1系统示意图

图2传感器系统、机械手臂运动系统、加湿补光通风系统、图像采集系统

图3霍尔元件传感器工作方式示意图

图4系统电路图一

图5系统电路图二

图6温度/湿度传感器工作框图

图7太阳能电池供电电路

具体实施方式

在图1中，一种基于WiFi的大棚多功能管理系统由传感器系统模块、图像采集模块、机械手臂运动模块、加湿/补光/通风模块、单片机控制器模块、WiFi无线通信模块、手机APP应用模块、报警模块、太阳能电池模块组成。其中传感器系统模块、图像采集模块、机械手臂运动模块、加湿/补光/通风模块位于大棚内，单片机控制器模块与液晶显示屏位于控制室内。位于大棚内的传感器系统模块和位于控制室内的单片机控制器模块，与管理人员的手机是通过WiFi无线通信模块进行数据交换。一方面单片机控制器能自动地根据人为设定的湿度、湿度来控制喷雾加湿装置、通风装置和补光加热装置，进行大棚内温度湿度自动调节；另一方面单片机控制器通过WiFi无线通信模块将温度、湿度，以及霍尔元件传感器数据，传送到管理人员的手机上，管理人员随时发指令，通过WiFi无线通信模块传送到单片机控制器，远程关闭并锁住大棚的门，进行喷雾加湿、通风、补光加热工作、控制机械手臂的运动。单片机控制器将图像采集模块采集得到的信息通过液晶显示屏在控制室内显示，管理人员在控制室内可以边看图像边通过WiFi给单片机控制器发指令，启动机械手臂，确定在导轨上的位置，打开机械手臂实施抓取后移动，再释放。太阳能电池模块给大棚内提供电能。

在图2中，传感器系统模块包括温度/湿度传感器、霍尔元件传感器，各自与单片机接口相连，霍尔元件传感器安装在大棚的门上；图像采集系统模块包括摄像头与液晶显示屏，其中摄像头位于大棚内，液晶显示屏在控制室内，液晶显示屏有两个，一个用于显示大棚内采集到的图像，另一个显示大棚内温度和湿度数值；机械手臂运动系统模块由单片机控制器接受来自手机的指令，进行控制，包括机械手臂在导轨上的定位、机械手臂的伸展和机械手的抓取与释放，等控制项目；加湿补光通风系统包括喷雾增加湿度，打开扇进行通风，一方面起到干燥作用，另一方面起到降温作用，打开白炽灯补光起到加热作用，等。

在图3中，是霍尔元件传感器工作方式示意图，当大棚门关闭时，单片机检测到的是高电平，当突然门打开时，单片机检测到的是低电平，就启动报警模块，低电平信息同时通过WiFi无线通信模块传至管理人员的手机上。

在图4中，采用网络协议进行连接，不需要画出大量明线。工作电压为3.3伏，用VCC3V3表示。

在图5中，采用网络协议进行连接，包括步进电机的驱动，机械手臂即舵机的驱动，以及风扇、喷雾加湿器、补光灯的驱动，还有温度/湿度传感器及其液晶屏显示数字温度与湿度值。

在图6中，是温度/湿度传感器工作框图，如果单片机控制器分析采集到的温度和湿度信息偏离人为设置的范围时，就分别自动地开启喷雾加湿装置、通风装置和补光加热装置，来调节大棚内的温度与湿度；同时单片机将信息通过无线通信模块WiFi传递到管理人员的手机上，管理人员利用手机接收来自于单片机控制器的温度和湿度信息，随时可以通过WiFi无线通信模块发指令给单片机控制器，单片机控制器控制喷雾加湿装置、通风装置和补光加热装置，调节大棚内温度和湿度。

在图7中，是太阳能电池供电电路，12V直流电压经过一次稳压为5V，二次稳压为3.3V，为温度/湿度传感器、霍尔元件传感器、喷雾加湿装置、通风装置和补光加热装置，摄像头以及步进电机、舵机、液晶屏显示、单片机控制器工作，提供电源。

成功的例子，就是采用DHT11型温度/湿度传感器、CF7670C型摄像头与STM32F103型单片机控制器相连，机械手臂采用的是DS3115型数字舵机，机械手臂由42H480型步进电机限定在导轨上移动，利用安卓手机APP应用软件接收无线通信模块WiFi传来的大棚内温度和湿度的数值，以及门被打开的报警信息，利用安卓手机APP应用软件随时发出指令，无线通信模块，由单片机控制器控制，开启喷雾加湿装置、通风装置和补光加热装置，调节大棚内温度和湿度，以6种方式控制设定好的机械手臂运动定点位置与抓取释放动作。在控制室内有液晶屏显示摄像头所摄图像与温度湿度的数字显示。管理人员在控制室内可以边看图像边操作机械手臂运动，由于DS3115数字舵机定位精度高，步进电机由脉冲个数控制，重复操作累计误差小，到达大棚内各个位置，实现抓取与释放。

图4中采用网络协议连线，例如第一块STM32F103VET6(1)芯片的第“30”号脚上标有“”PA5，与P2芯片的“1”脚，相连，其好处就是不需要用明线画出。除了驱动步进电机和LED灯，以及液晶屏工作电压外，其他驱动电压都是3.3V，用VCC3V3表示。

在图5中基于第二块STM32F103VET6(2)芯片，P4驱动步进电机；P7的5个脚分别驱动舵机，即机械手臂的5个自由度；P9连接风扇、喷雾加温湿器、补光灯；P5连接温度/湿度传感器，以及连接液晶屏，用数字显示温度和湿度；P6连接WiFi，P8为备连接器；P10是图4中P3备用接口。

图7中，太阳能电池为整个装置提供电能，其中P12为太阳能电池电压输出，P11获得直流12V电压，P13获得直流5V电压，P14获得直流3.3V电压，其中12V直流电压提供给步进电机、LED工作电压；5V为液晶显示屏提供电源，3.3V为温度/湿度传感器、霍尔元件传感器、喷雾加湿装置、通风装置和补光加热装置，以及摄像头提供电源。在图7中，还预留了外接12V直流电压的插座，作为备用电源。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案，做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种基于WiFi的大棚多功能管理系统。其特征是：由传感器系统模块、图像采集模块、机械手臂运动模块、加湿/补光/通风模块、单片机控制器模块、WiFi无线通信模块、手机APP应用模块、报警模块、太阳能电池模块组成。

2.根据权利要求1所述的传感器系统模块、图像采集模块、机械手臂运动模块、加湿/补光/通风模块位于大棚内，单片机控制器模块与液晶显示屏位于控制室内。传感器系统模块包括温度/湿度传感器、霍尔元件传感器，各自与单片机接口相连，霍尔元件传感器安装在大棚的门上。图像采集系统包括摄像头与液晶显示屏，其中摄像头位于大棚内，液晶显示屏在控制室内，液晶显示屏有两个，一个用于显示大棚内采集到的图像，另一个显示大棚内温度和湿度数值。机械手臂运动系统模块由单片机控制器接受来自手机的指令，进行控制，包括机械手臂在导轨上的定位、机械手臂的伸展和机械手的抓取与释放，等控制项目；加湿补光通风系统包括喷雾增加湿度，打开扇进行通风，一方面起到干燥作用，另一方面起到降温作用，打开白炽灯补光起到加热作用，等。

3.根据权利要求1所述的WiFi无线通信模块是单片机控制器模块与管理人员手机连接的桥梁。一方面单片机控制器能自动地根据人为设定的湿度、湿度来控制喷雾加湿装置、通风装置和补光加热装置，进行自动调节；另一方面单片机控制器通过WiFi无线通信模块将温度、湿度，以及霍尔元件传感器数据，传送到管理人员的手机上。管理人员可以远程发出指令，通过WiFi无线通信模块，传送给单片机控制器，关闭并锁住大棚的门，进行喷雾加湿、通风、补光加热工作，控制机械手臂运动。单片机控制器将图像采集模块采集得到的信息通过液晶显示屏在控制室内显示，管理人员在控制室内可以边看图像边通过WiFi无线通信模块给单片机控制器发指令，启动机械手臂，确定在导轨上的位置，打开机械手臂实施抓取后移动，再释放。

4.根据权利要求1所述的单片机控制器模块，当单片机分析采集到的温度和湿度信息偏离人为设置的范围时，就分别自动地控制喷雾加湿装置、通风装置和补光加热装置开始工作，来调节大棚内的温度与湿度；同时单片机将信息通过WiFi无线通信模块传递到管理人员的手机上，管理人员利用手机接收来自于单片机控制器的温度和湿度信息，随时可以通过WiFi无线通信模块发指令给单片机控制器，单片机控制器控制喷雾加湿装置、通风装置和补光加热装置，调节大棚内温度和湿度。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池模块，用于大棚内提供电能。

6.根据权利要求2所述的霍尔元件传感器，当大棚门关闭时，单片机检测到的是高电平，当突然门打开时，单片机检测到的是低电平，就启动报警模块，低电平信息同时通过WiFi无线通信模块传至管理人员的手机上。大棚的门采用手机按键关闭并锁住。