温室环境监控系统

摘要：这是一套针对农业大棚监控的完整系统,通过短距离无线数据传输方式来采集温度,湿度,CO2,照度,露点等温室信息,并通过GPRS网络将信息上传到服务器,服务器根据农作物和大棚实际环境进行数据存储和实现短信报警,也可以自动或手动下发控制指令,使温室保持良好的工作环境。

关键词：大棚监控；本地无线传输；单总线

中图分类号：TP277 文献标识码：A文章编号：1007-9599(2011)24-0000-01

Greenhouse Environment Monitoring System

Xu Songliang1, Xu Hongning2

(1.Shenyang Bluelight Network Data Technology Co.Ltd,Shenyang110179,China;2.ShenYang Ware Digital Technology Co.Ltd,Shenyang110015,China)

Abstract:This is a complete agricultural greenhouse monitoring system,which through short distance wireless digital transmissive methods,collects greenhouse information,such as temperature,humidity,CO2,illumination and dew point and then by means of GPRS network,upload the information to the server.According to the practical condition of the plants and the green house,the system stores and alarms,either automatically or by hand,hence maintain the good working condition of the green house.

Keywords:Greenhouse monitoring;Local wireless transmission;Monobus

一、导言

目前,温室环境的状态检测与控制主要仍以人力为主,只有很少一部分相对先进些的温室实现了自动控制,但是还没有把温室环境监控与物联网相结合的应用实例。市场是需要一个系统，它要实现温室物联网应用。使用户可以在任意能上网的电脑或手机,随时观测到自己温室的数据,并可以进行控水升温放风等电力操作。从社会部门(农委)角度来说,实现了省级市级农户温室的统一管理,统一数据状态查询,从而方便指导。

市场前景：我国不论南方和北方的农户,都存在大量的温室环境以辅助农作物的生产,比如南方种植蘑菇的冷棚,北方冬天种植蔬菜的菜棚,以及饲养海产品的养殖温室等等,绝大多数采用人工的测量温室参数及对温室的控制操作。考虑到我国的现实状况以及农户的经济承受能力，研究一种工作可靠、价格低廉的远程自动监控装置显得极为重要，具有显著的现实意义和市场前景。

二、系统总体结构

（一）系统特点概括。1.基于GSM全球无线网络技术，远程监控不受地域限制；2.基于Internet，实现网络集中监控；3.短信远程报警；4.470M无线通讯模块负责整个系统级内部数据传递。实现主终端与从终端之间的通讯，也实现传感器与终端的通讯。5.单总线应用，单根通讯线模式下，可以挂载500米数百个传感器。6.485总线通讯接口，用于连接LED显示条屏。

（二）系统组网结构。监控终端---(GPRS)---互联网接入---公网服务器---管理员---监控终端---告警短信---管理员

（三）终端与无线传感器通讯。一个终端可以带载多个无线传感器,包括无线温度传感器,无线湿度传感器,无线照度传感器,无线二氧化碳传感器,无线露点传感器等。每个传感器设有唯一网络地址。

三、终端硬件设计

整个系统主要由四部分组成，即485总线、本地470MHz无线、GSM无线、按键和显示。下面分别介绍每个部分。

（一）485总线部分。选用的是MAX485，性价比非常好。设计按照典型电路连接。

（二）本地470MHz无线部分设计。系统选择的是SI4432射频芯片[1]。按照系统的功能，我们需要的射频部分应该是小数据量远距离抗干扰性强的应用。SI4432内部集成射频功放，发送功率可以达到20Db，是目前单芯片传输距离最远的芯片，空旷距离理论上可以达到2000米，但是由于环境、障碍物、器件、干扰等问题，实际传输距离达不到那么远，传输距离要根据实际情况而定，但是由此看出足以满足我们的常规应用。通过主控芯片的设置，它可以工作在不同的频段，即使在同一平频段，还可以设置不同的同步字，而且芯片内部有硬件的CRC校验，保证了数据的正确性和抗干扰性，但是数据的完整性需要开发者通过软件实现。

RF射频部分画PCB时要十分注意，稍有差错就会大大降低传输距离，需要参考一些高频资料，图中的电感电容根据设备的工作频段不同而不同，具体参考SI4432的芯片手册。

（三）GSM无线部分。选用中兴或华为等公司的GSM通讯模块即可，这种模块大多通过UART连接，通过软件实现AT命令，可以控制GPRS连网，发送短信，语音通话等手机基本功能。

（四）按键和显示部分。4个按键(即功能键、退出键、向下键、向右键),就可以实现全部菜单操作。LCD显示选用市面常用的128*64模块。用户在这里可以查看数据和设定参数。

（五）传感器设计要点。目前市面上最常用的检测环境的温度传感器就是DS18B20，但是裸芯片不具备防水性，而且由于颜色为黑色，用在阳光充足的温室中，难免受阳光影响温度导致测量值偏高，所以可以用不锈钢管套在芯片外面，里面注入防水胶，这样即可以解决防水盒老化问题，又免受阳光影响。

（六）自动控制设计。温室控制设备中很多电气设备都是380V供电，考虑到带载能力、安全性、和对系统的保护，选择了下图的控制方式。温控制器和继电器属于系统内部设备，继电器来控制外部的接触器，从而控制温室各种应用设备。

（七）太阳能应用。无线传感器有耗电极低的特性,一般2节电池可以维持1年的 数据,考虑到产品用于阳光充足的大棚,传感器的设计融入太阳能技术,使产品长期使用不用更换电池,从而避免了因电池供电问题导致采集失败。

四、服务器软件设计

基于模糊神经网络的温室环境分析。系统利用特殊设定的计算方法，对终端传感器上传的温室环境数据进性专门的分析，提供温室环境参数相关信息的统计，综合评价温室环境的状态，并储存；实现各种情况不间断的分析和不间断的自学习功能；可以远程来控制卷帘,喷水,排风等电力系统。

参考文献：

[1]SI4432芯片手册