基于物联网技术的温室大棚控制系统设计
摘 要 基于物联网技术的温室大棚控制系统以AT89S52单片机为核心，采用加热炉和风机、喷灌和渗灌、荧光灯，分别为温室大棚进行加热、增加二氧化碳浓度、增加空气湿度、灌溉、人工补光；使用SHT10数字式温湿度传感器、FDS-100型土壤水分传感器、SH-300-DH二氧化碳传感器和TSL2561光强传感器，将采集的大棚内的数据信息在液晶1602上显示出来，并通过无线通信模块nRF905将信号传到从机。主机完成各项数值预制和报警电路模块功能，从机完成采集数值的显示及加热炉和风机、喷灌和渗灌和荧光灯的控制功能。本文设计的温室大棚控制系统，能够实时采集控制温室内的空气温湿度、土壤湿度、光照强度、二氧化碳浓度等环境参数，以直观的数据显示给用户，并可以根据种植作物的需求提供报警信息。
关键词 AT89S52；传感器；nRF905
1 绪论
随着通信技术的飞速发展，人们已经不再满足于人一与人之间的通信方式以及需要人参与交互的通信方式，一种更加智能、更加便捷的通信方式为人们所期待。物联网---一种物体、机器间不需要人的参与即可完成信息交互的通信方式(Internet of things)便应运而生[1]。简单的说，物联网是物物相连的网络，在整个信息采集、传递、计算的过程中无需人的参与交互。
物联网是基于传感器技术的新型网络技术，在现代农业中，大量的传感器节点构成了一张张功能各异的监控网络，通过各种传感器采集与作物生产有关的各种生产信息和环境参数，可以帮助农民及时发现问题，准确地捕捉发生问题的位置，对耕作、播种、施肥、灌溉等田间作业进行数字化控制，使农业投入品的资源利用精准化、效率最大化[2]。
无线传感网络由部署在监测区域内大量的微型传感器节点通过无线通信形成的一个多跳自组织的网络，其主要目的是采集与处理该网络覆盖范围内监测参数的信息[3]。无线传感网络在农业中的一个重要应用是在温室等农业设施中，采用不同的传感器和执行机构对土壤水分，空气温湿度和光照强度，二氧化碳浓度等影响作物生长的环境信息进行实时监测，系统根据监测到的数据将室内水、肥、气、光、热等植物生长所必需的条件控制到最佳状态，保证作物的增产增收。 根据现代农业科学技术的研究结果表明，建立温室可以建立适合植物生长的生态环境，实现作物的高产、高效。在农业现代化的进程中，从作物播种、生长，到收获、加工及检测分析整个过程中都离不开传感器的应用，几乎覆盖了农业工
程的全部范围，有力地支撑了智能农业的技术体系。基于以上认识，本论文设计出一种基于物联网技术的温室大棚控制系统。
2 系统方案与论证
为了能够设计出一种成本低廉，精确度较高，连接简单的温室大棚控制系统，本设计给出了三种方案。
2.1 方案论述
方案一：本温室大棚控制系统以AT89S52单片机为核心，采用加热炉和风机、喷灌和渗灌和荧光灯，分别为温室大棚进行加热、增加空气湿度、灌溉、增加二氧化碳浓度、人工补光；采用SHT10数字式温湿度传感器、FDS-100型土壤水分传感器、SH-300-DH二氧化碳传感器和TSL2561光强传感器分别检测温室大棚的空气温湿度、土壤湿度、二氧化碳浓度、光照度。数据采集部分使用AT89S52单片机，将随被测各项数据变化的电压或电流采集过来，进行数据的处理，在显示电路上，将被测各项数据显示出来。主机将采集到数值在液晶1602上显示出来，并通过无线通信模块nRF905将信号传到从机。此外，主机完成各项数值预制和报警电路模块功能，从机完成采集数值的显示及加热炉和风机、喷灌和渗灌和荧光灯的控制功能。系统的总体结构框图，如图2.1所示。
空气温湿度传感器 土壤水分传感 器 光强传感器 二氧化碳传感器 信号放大电路 主机AT89S52 无线通信模块 从机AT89S52 加热系统 通风系统 LCD显示系渗灌系统 补光系统 报警系统 上位机 MAX485 图2.1 系统框图
方案二：本温室大棚控制系统采用MSP430为主控制器用来总体协调控制整个系统，对内部A/D采集的数据进行处理，与内部设定的数据库比较，根据设定的各参数发出指令控制采光、照明、二氧化碳添加、喷淋子系统，来改变大棚内
部的环境，利用MSP430来驱动液晶屏，实时地显示大棚内外的各环境参数。本系统采用两块 TMP275 温度传感器，来采集大棚内外的温度值。湿度和光强利用 MSP430内部A/D 通过 P6.0～P6.3 的4个端口进行多通道序列采集。采用TGS4160固态电化学型二氧化碳传感器检测温室大棚中二氧化碳的浓度。系统的体系结构见图2.2。
键盘输入 二氧化碳传感器 光敏传感器 温度传感器 湿度传感器 MSP430主控制器 液晶屏动态显示 风扇 喷淋子系统 采光子系统 照明子系统 二氧化碳添加子系统 图2.2 系统框图
方案三：本温室大棚控制系统的核心采用AT89C51单片机；温度传感器采用改进型智能传感器DS18B20；智能湿度传感器采用SHT11；光照度传感器采用GZD-01型光照度感应探头；CO2传感器选用红外线气敏传感器。A/D转换模块采用逐次渐近型8路A/D转换器ADC0809，利用AT89C51单片机的串行I/O口，采用了专用电平转换芯片MAX232，把TTL电平转换成RS232电平，将数据传给上位机( PC机)，进行数据的存储。采用液晶显示器(LCD)进行实时显示，系统框图如图2.3所示。 温度传感器 二氧化碳传感器 湿度传感器 光照传感器 AT89C51单片机 A/ D 变 换 图2.3 系统框图
LCD显示 数据存储 键盘电路 TC35i模块
基于物联网技术的温室大棚控制系统设计毕业设计
