趙梅蓮+++劉志強(qiáng)

摘 要：溫室大棚的環(huán)境檢測與控制是當(dāng)前農(nóng)業(yè)自動(dòng)化的熱點(diǎn)問題之一，文章設(shè)計(jì)了一種溫室大棚遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以通過監(jiān)控中心完成遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控、信息采集及基于電力線載波的設(shè)備控制等功能，實(shí)現(xiàn)大棚管理的自動(dòng)化及信息化。

關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測；4G；電力線載波；無線傳感網(wǎng)絡(luò)；遠(yuǎn)程管理

1 概述

環(huán)境中的溫度和濕度是衡量溫室大棚的兩項(xiàng)重要指標(biāo)，對栽培作物的生長和產(chǎn)量會(huì)產(chǎn)生直接的影響，溫度和濕度變化大，不利于植物的生長。因此一定要對大棚里的溫度和濕度進(jìn)行監(jiān)測和控制，使其適合植物的生長，來提高其質(zhì)量和產(chǎn)量。我國溫室大棚信息化水平較低，已經(jīng)成為當(dāng)前我國溫室大棚發(fā)展中的突出問題。溫室大棚自動(dòng)化是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要途徑之一。實(shí)現(xiàn)信息獲取的自動(dòng)化以及數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸與交換是溫室大棚發(fā)展的方向。目前，隨著4G技術(shù)及電力線載波技術(shù)、無線傳感技術(shù)的逐漸成熟，數(shù)據(jù)、信息傳輸進(jìn)入了更廣闊的全數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，4G技術(shù)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用日益受到人們的重視和關(guān)注。因此，結(jié)合4G技術(shù)、電力線載波技術(shù)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)一個(gè)溫室大棚遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)就顯得十分有必要。

2 系統(tǒng)組成及實(shí)現(xiàn)的主要功能

系統(tǒng)主要油監(jiān)控終端及監(jiān)控中心兩部分組成。監(jiān)控終端有傳感器模塊、視頻攝像頭、視頻服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)設(shè)備、電力線載波系統(tǒng)組成，負(fù)責(zé)傳感器信息的采集，終端系統(tǒng)的控制及信息的上報(bào)；監(jiān)控中心主要是PC機(jī)和手機(jī)，負(fù)責(zé)信息的接收及指令的發(fā)布。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 4G模塊

4G模塊選用工業(yè)級4G DTU模塊EMB8106G，終端設(shè)備采用的控制器是STM323，兩者之間通信通過串口進(jìn)行通信，EMB8106G的發(fā)送、接收引腳分別接到了STM32的第一串口，即PA9、PA10引腳。

3.2 電力線載波模塊

本次設(shè)計(jì)電力線載波模塊采用了KQ-130F，KQ-130F使用串口通信，連接到了STM32PB10＼PB11，KQ-130F的AC引腳可以接交流電，如果需要三相電，此處可以接控制交流接觸器。

3.3 其它硬件電路

3.3.1 網(wǎng)關(guān)電路

網(wǎng)關(guān)承擔(dān)了兩個(gè)功能，一是收集終端節(jié)點(diǎn)上來的信息，二是跟終端設(shè)備控制器進(jìn)行通信，將信息報(bào)給終端設(shè)備控制器，控制器再將信息上傳至監(jiān)控中心。每個(gè)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)采用CC2530芯片，CC2530的串行口與STM32的PA2/PA3相連。

3.3.2 終端節(jié)點(diǎn)

終端節(jié)點(diǎn)采用的是CC2530+傳感器，本設(shè)計(jì)采用的傳感器都是數(shù)字型溫濕度傳感器，可直接與MCU相連，溫濕度傳感器采用了AM2321 濕敏電容數(shù)字溫濕度傳感器。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 微處理器應(yīng)用程序

微處理應(yīng)用程序完成系統(tǒng)所有的控制及主機(jī)與系統(tǒng)的交互工作，一方面要完成與監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)指令交互工作，一方面完成與網(wǎng)關(guān)的交互工作，流程圖如圖2所示。

4.2 上位機(jī)界面顯示

軟件設(shè)計(jì)過程中，用到了MSCOM、WINSOCK等控件。MSCOM控件通過串行端口傳輸和接收數(shù)據(jù)，為應(yīng)用程序提供串行通訊功能， WINSOCK控件能夠通過UDP協(xié)議或TCP協(xié)議連接遠(yuǎn)程主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換?？梢杂眠@兩種協(xié)議來創(chuàng)建客戶端跟服務(wù)器。監(jiān)控中心正是利用了TCP協(xié)議完成了數(shù)據(jù)傳輸。窗口登陸界面見圖3。

5 結(jié)束語

通過ZigBee技術(shù)與4G傳感器網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)溫室大棚溫度、濕度等各種信息的動(dòng)態(tài)采集。通過無線傳感器實(shí)時(shí)檢測溫室大棚的溫度、濕度等一系列參數(shù)，經(jīng)路由器、協(xié)調(diào)器通過4G將信息傳輸至管理中心，系統(tǒng)可自行選擇合適的路由，管理中心可以是PC機(jī)，可以是人人皆有的手機(jī)。管理中心可實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)并根據(jù)需要打開視頻監(jiān)控。白天時(shí)，用戶可通過PC機(jī)或手機(jī)發(fā)送指令給溫室大棚終端，溫室大棚終端可以通過電力線載波控制卷簾機(jī)收起草簾，晚上，可通過遠(yuǎn)程控制，放下草簾，當(dāng)溫度等參數(shù)不合適時(shí)，用戶可通過遠(yuǎn)程命令控制大棚的加熱、排風(fēng)等設(shè)備完成大棚環(huán)境調(diào)整，實(shí)現(xiàn)整個(gè)溫室大棚控制的自動(dòng)化及信息化，具有一定的市場價(jià)值和工程實(shí)際意義。