CN207066485U - 基于物联网的蔬菜温棚监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于物联网的蔬菜温棚监测系统，包括下位机、上位机和电源，所述下位机包括第一单片机和与所述第一单片机连接的空气温湿度传感器、土壤温湿传感器、二氧化碳传感器、光照传感器、显示屏、无线通讯发送模块，所述上位机包括第二单片机、移动终端、与所述第二单片机连接的GSM模块和无线通讯接收模块，所述移动终端接收所述GSM模块发送的信号，所述无线通讯发送模块向无线通讯接收模块发送信号，所述电源为第一单片机、空气温湿度传感器、土壤温湿传感器、二氧化碳传感器、光照传感器、显示屏、无线通讯发送模块、第二单片机、GSM模块和无线通讯接收模块供电。该监测系统实现对蔬菜温棚环境的实时监测，结构简单，成本低。

Description

基于物联网的蔬菜温棚监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种大棚检测系统，特别是涉及一种基于物联网的蔬菜温棚监测系统。

背景技术

当前我国正在进行对传统的农业生产格局重新规划，发展出依据我国现状的特色农业。但是，目前我国的农业产品的产业化、温棚监测系统的技术水平、基础设施的普及水平依然很低，这直接说明了我国的温棚监测技术仍然处在初级发展的阶段。要进一步的发展，缩小与欧美日等发达国家的农业现代化水平，必须着力突破温棚环境监测的技术瓶颈。

温棚环境监测就是将现代化的科学管理技术、农业技术、计算机技术、网络技术、自动化技术等有关重要技术综合起来，发挥其组合优势的一套系统。目的是通过对植物生长要素的检测，对农作物的生长周期、虫害病进行人为的调节，使得农作物的单位产量和质量的大幅度提高。

我国主要以传统农业生产为主，蔬菜温棚属于劳动密集型产业，管理者需要投入较多的人力，但是所投入的人力与温棚产出不成正比例。蔬菜温棚运用物联网技术相对于传统的温棚监测系统将会对农业现代化实现带来革命性的变化。基于物联网技术温棚监测系统将会具有如下几点优势：一是实时性，作物的环境数据可以实现实时的测量；二是可干预，管理者可以通过上位机对温棚的异常作出及时的干预，也得益于自动化技术；三是无空间局限性，管理者可以在任何一个有网络连接点的地方对自己的温棚实现操作。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种基于物联网的蔬菜温棚监测系统，以实现蔬菜温棚内各参数信息的实时监测显示和远程发布。

本实用新型技术方案如下：一种基于物联网的蔬菜温棚监测系统，包括下位机、上位机和电源，所述下位机包括第一单片机和与所述第一单片机连接的空气温湿度传感器、土壤温湿传感器、二氧化碳传感器、光照传感器、显示屏、无线通讯发送模块，所述上位机包括第二单片机、移动终端、与所述第二单片机连接的GSM模块和无线通讯接收模块，所述移动终端接收所述GSM模块发送的信号，所述无线通讯发送模块向无线通讯接收模块发送信号，所述电源为第一单片机、空气温湿度传感器、土壤温湿传感器、二氧化碳传感器、光照传感器、显示屏、无线通讯发送模块、第二单片机、GSM模块和无线通讯接收模块供电。

进一步的，包括设备驱动模块，所述设备驱动模块由电源供电并于所述第二单片机连接，所述设备驱动模块接收第二单片机指令控制温棚风扇和加湿器工作。

优选的，所述第一单片机和第二单片机采用STC89C51单片机，所述无线通讯发送模块和无线通讯接收模块采用NRF24L01无线通信模块。

优选的，所述空气温湿度传感器采用DHT11数字温湿度传感器。

优选的，所述土壤温湿传感器采用YL-69土壤温湿传感器。

优选的，所述二氧化碳传感器采用TGS4160二氧化碳传感器，

优选的，所述光照传感器采用GY-30光照传感器。

进一步的，所述土壤温湿传感器和二氧化碳传感器通过模数转换模块与第一单片机连接。

本实用新型所提供的技术方案的优点在于：通过物联网技术，实现对蔬菜温棚环境的实时监测，能够解决传统农业的投入和产出不成正比的问题，促进农业产业模式的转型，具有结构简单、监测全面、成本低廉等优点。

附图说明

图1为基于物联网的蔬菜温棚监测系统结构示意图。

图2为下位机电路的电原理示意图。

图3为上位机电路的电原理示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为对本实用新型的限定。

如图1所示，本实施例所涉及的基于物联网的蔬菜温棚监测系统，包括下位机、上位机和电源12，下位机包括第一单片机1和与第一单片机1连接的空气温湿度传感器2、土壤温湿传感器3、二氧化碳传感器4、光照传感器5、显示屏6、无线通讯发送模块7。上位机包括第二单片机8、移动终端9、与第二单片机连接8的GSM模块10和无线通讯接收模块11。移动终端9接收GSM模块10发送的信号，无线通讯发送模块7向无线通讯接收模块11发送信号。电源12为第一单片机1、空气温湿度传感器2、土壤温湿传感器3、二氧化碳传感器4、光照传感器5、显示屏6、无线通讯发送模块7、第二单片机8、GSM模块10和无线通讯接收模块11供电。

空气温湿度传感器2、土壤温湿传感器3、二氧化碳传感器4、光照传感器5分别来监测大棚中空气中的温湿度、二氧化碳的浓度和光照强度以及土壤中的温湿度。第一单片机1和第二单片机8都采用STC89C51单片机。为了方便上位机与下位机之间的通信，无线通讯发送模块7和无线通讯接收模块11都采用NRF24L01无线通信模块，在一定范围内可以实现数据的快速传递；为了应对信息无法及时显示的情况，在下位机连接LCD1602显示屏6，可以为用户显示及时的环境数据；上位机采用GSM模块10来实现信息发布的功能，连接了物联网，使得信息传输更加及时与方便。为了应对用户无法及时处理部分突发状况的情况，上位机的第二单片机8还连接有设备驱动模块13，设备驱动模块13接收第二单片机8指令控制如风扇的开关、增湿器的开关，实际应用中可以根据用户的具体要求自行添加。

如图2中U5所示，为了适合蔬菜温棚的特殊的环境，一般蔬菜温棚的合适的温度为15℃-30℃；合适的相对湿度范围为50％-80％，本实施例空气温湿度传感器2选用DHT11温湿度传感器。DHT11可进行相对湿度和温度的测量并进行数字输出，具有稳定性好、传输距离长和能耗低等优点，无需额外部件。DHT11广泛应用于气象站、温湿度调节器、医疗等方面。DHT11的测量分辨率分别为：8bit(湿度)、8bit(温度)。DHT11的DATA端连接第一单片机1的P2.0端，采用单总线传输，单根信号线既可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输是双向的，这样能使线路简单，便于扩展和维护。

如图2中U2所示，本实施例中光照传感器5采用GY-30数字光模块传感器，GY-30支持I²C总线接口，光谱的范围是与人眼相近的，具有宽范围和高分解的特点(1-65535勒克斯)；在节能方面，支持低电流关机功能，也无需任何外部零件。GY-30的时钟线SCL和数据线SDA分别与第一单片机1的P1.0脚和P1.1脚相连接，所监测得到的数据通过LCD显示屏6显示，将ADDR脚与GND相连，供给电压为3-5V。

如图2中U4所示，本实施例中采用了PCF8591芯片来作为模数转换模块14。它与传统的通信方式相比具有读写方便、结构简单、可维护性好、易实现系统扩展、易实现模块化标准化设计、可靠性高等优点。PCF8591为8位逐次逼近式A/D转换器，内含采样保持电路，具有4个模拟输入、一个模拟输出和一个串行I²C总线接口，在与CPU的信息传输过程中仅靠时钟线SCL和数据线SDA就可以实现。在A/D转换周期将临时使用片上D/A转换器和高增益比较器，一个A/D转换周期总是开始于一个有效读模式给PCF8591之后，当转换周期被触发，所选通道的输入电压采样将保存到芯片并被转换为对应的8位二进制码，转换结果被保存在ADC数据寄存器等待传输。将单片机的P2.1、P2.2脚分别连接至时钟线SCL和数据线SDA来进行数据的传输，本实施例中使用的是内部时钟，将EXT脚接地。本发明中的土壤温湿度传感器3与二氧化碳传感器4均与模数转换模块14连接，通过A/D转换后来获取测得的数据。

如图2中U6所示，本实施例中土壤温湿度传感器3采用YL-69温湿度传感器，YL-69土壤温湿度传感器其表面采用镀镍处理，有加宽的感应面积，可以提高导电性能，防止接触土壤容易生锈的问题，延长使用寿命，因此，在蔬菜温棚中适合加入此传感器来监测土壤中的温湿度变化。采用LM393比较器，工作稳定，可以通过电位器调节控制相应阈值。YL-69的供给电压为3.3V-5V，支持数字输出，也支持模拟输出，本实施例中采用模拟输出。将模拟输出电压接入PCF8591的AIN0脚，经过A/D转换之后获取更精确的电压数值。

如图2中U7所示，本实施例中二氧化碳传感器4采用TGS4160二氧化碳传感器，二氧化碳传感器的型号TGS4160，由费加罗公司生产。因为其具有在较低温度(-10℃-+50℃)下工作及在较高湿度(5％RH-95％RH)下工作的良好特点，所以本发明把它应用到蔬菜温棚的环境监测系统中来，除了上述的优点外，它还兼具了稳定性强、体积小、可持续工作时间长和良好的选择性。然而一般情况下这款传感器需要的预热时间较长，因此，这样的器件特别适合蔬菜温棚这样需要长期监测的连续供电工作系统，另外该传感器配有温度补偿系统。使用MCU对这个模块进行控制，二氧化碳的浓度输出为电平信号，范围是0V-3V，对应的气体浓度范围是0-3000PPM。这里二氧化碳输出的浓度是一个电压信号，对于单片机这样的微处理器是不能够直接读取到它传递的信息的。所以这里本实施例采用了将模拟信号接入PCF8591AD转换模块(AIN1脚)，传感器共有6个引脚，加热装置和传感器的VH和GND(1、3管脚)相连接，内部包含的热敏电阻元件和传感器的第2和第5管脚相连。元件和环境中的二氧化碳气体进行一系列的化学反应，这时候热敏元件就发挥了它的作用。热敏电阻用来补偿环境温度，是化学反应在合适条件下进行，增加所测数据的准确性。

如图2中U3所示，本实施例中的显示屏6采用LCD1602液晶显示器，LCD1602液晶显示器用来作扩展用，方便用户在温棚中实时的监测温度的信息，它与第一单片机1相连接有8个数据口和读写控制及使能控制端口。在实际应用中，可以根据用户的要求来显示所需显示的数据，当然也可以使各个数据循环显示。

如图2中U1所示，本实施例中的无线通讯发送模块7采用NRF24L01无线通信芯片，以及如图3中U1所示，无线通讯接收模块11也采用NRF24L01无线通信芯片。NRF24L01因其抗干扰能力强、频道多、功耗低、编程方便、通信效果好等优点被广泛应用。VCC脚电压范围为1.9V-3.6V，超过此范围模块会烧毁。除电源端和地端外，其余引脚都可以直接和普通的5V单片机IO口直接相连。芯片进行通信时，发送模块是接收模块的传输速率、地址等的基本配置要相同或者对应才能使芯片能够进行一对一或一对多的通信正常进行。

如图3所示，电容C1、C2用来帮助晶振Y0起振，将三者与第二单片机8的XTAL1和XTAL2端口连接构成晶振电路；复位电路则选用按键S0与电容C3并联的方式，电容C3起到给第二单片机8复位的作用，而电阻R0则是控制复位的时间，将该模块与第二单片机8的RST端口连接。

如图3中U2所示，本实施例中的GSM模块10采用SIM800来进行短信通信。SIM800模块有多种工作模式，正常工作模式、关机模式、最小功能模式，其中，正常工作模式包括：GSM/GPRS休眠、GSM空闲、GSM通话、GPRS待机、GPRS数据传输。SIM800利用TTL控制，直接和第二单片机8连接通讯，T_RX与第二单片机8TXD引脚连接，T_TX与第二单片机8RXD引脚连接，GND和V_MCU分别接地端和电源端。

Claims (7)

1.一种基于物联网的蔬菜温棚监测系统，其特征在于：包括下位机、上位机、电源和设备驱动模块，所述下位机包括第一单片机和与所述第一单片机连接的空气温湿度传感器、土壤温湿传感器、二氧化碳传感器、光照传感器、显示屏、无线通讯发送模块，所述上位机包括第二单片机、移动终端、与所述第二单片机连接的GSM模块和无线通讯接收模块，所述移动终端接收所述GSM模块发送的信号，所述无线通讯发送模块向无线通讯接收模块发送信号，所述电源为第一单片机、空气温湿度传感器、土壤温湿传感器、二氧化碳传感器、光照传感器、显示屏、无线通讯发送模块、第二单片机、GSM模块和无线通讯接收模块供电，所述设备驱动模块由电源供电并与所述第二单片机连接，所述设备驱动模块接收第二单片机指令控制温棚风扇和加湿器工作。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的蔬菜温棚监测系统，其特征在于：所述第一单片机和第二单片机采用STC89C51单片机，所述无线通讯发送模块和无线通讯接收模块采用NRF24L01无线通信模块。

3.根据权利要求1所述的基于物联网的蔬菜温棚监测系统，其特征在于：所述空气温湿度传感器采用DHT11数字温湿度传感器。

4.根据权利要求1所述的基于物联网的蔬菜温棚监测系统，其特征在于：所述土壤温湿传感器采用YL-69土壤温湿传感器。

5.根据权利要求1所述的基于物联网的蔬菜温棚监测系统，其特征在于：所述二氧化碳传感器采用TGS4160二氧化碳传感器。

6.根据权利要求1所述的基于物联网的蔬菜温棚监测系统，其特征在于：所述光照传感器采用GY-30光照传感器。

7.根据权利要求1所述的基于物联网的蔬菜温棚监测系统，其特征在于：所述土壤温湿传感器和二氧化碳传感器通过模数转换模块与第一单片机连接。