王國邦 鄭 釗 陳志斌 林壽英

（福建農(nóng)林大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 福建福州 350002）

我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)自動化檢測水平不斷提高[1]。隨著傳感技術(shù)水平的不斷發(fā)展，使得農(nóng)業(yè)智能化檢測水平不斷提高，對農(nóng)作物的生長環(huán)境參數(shù)的自動化檢測得以實(shí)現(xiàn)[2]。本系統(tǒng)可以通過傳感技術(shù)，由分布在大棚內(nèi)的傳感器檢測環(huán)境參數(shù)，通過無線傳輸技術(shù)，將檢測的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)，用戶可以通過上位機(jī)監(jiān)測界面查看大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)[3]。

1 系統(tǒng)的組成

基于無線傳輸?shù)拇笈锉O(jiān)測系統(tǒng)組成的總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，本系統(tǒng)由電源模塊、二氧化碳檢測模塊、光照強(qiáng)度模塊、溫濕度檢測模塊以及無線傳輸模塊組成，以上位機(jī)ISeeZ 為監(jiān)測核心，傳感器采集的數(shù)據(jù)通過無線傳輸模塊上傳到上位機(jī)監(jiān)測界面。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

1.1 CO2 檢測模塊

CO2 檢測模塊采用新型紅外檢定技術(shù)對大棚內(nèi)CO2 濃度進(jìn)行測量，該傳感器的反應(yīng)速度快，采用485 通信方式,可以設(shè)置多個(gè)節(jié)點(diǎn)，避免局部檢測產(chǎn)生誤差。

接口說明如下：棕色電源正，黑色電源負(fù)，黃色485 –A，藍(lán)色485 -B。

圖2 二氧化碳傳感器

1.2 溫濕度檢測模塊

溫濕度檢測模塊采用 SHT20 溫濕度傳感器，采用RS485 硬件接口(具有防雷設(shè)計(jì))，協(xié)議層兼容標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)Modbus-RTU 協(xié)議。接線說明同上，由兩根電源線以及兩根信號線組成。

圖3 溫濕度傳感器

1.3 光照強(qiáng)度檢測模塊

下圖所示變送器是一款高精度感光變送器，計(jì)量單位為Lux，范圍0～200 000 。主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)大棚、花卉培養(yǎng)溫室、農(nóng)業(yè)大田等需要光照度監(jiān)測的場合。接線說明同上，由兩根電源線以及兩根信號線組成。

圖4 光照強(qiáng)度傳感器

1.4 無線傳輸模塊

本次采用兩個(gè)HD-K811 L 模塊（以下簡稱模塊1 和模塊2），模塊1 是發(fā)射模塊，將傳感器檢測的數(shù)據(jù)發(fā)送給接受模塊2，模塊1 的接口是RS485 類型，模塊2 是接受模塊，接口類型是USB，負(fù)責(zé)將發(fā)射模塊的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給電腦。

圖5 模塊1

圖6 模塊2

1.5 電源模塊

本系統(tǒng)所用元器件的都支持寬電壓運(yùn)行，可采用12 VDC 開關(guān)電源，可通過端子排將開關(guān)電源的電源正和電源負(fù)引出來。

2 建立標(biāo)簽點(diǎn)

建立標(biāo)簽點(diǎn)實(shí)現(xiàn)傳感器與上位機(jī)ISeeZ 的數(shù)據(jù)通信。在建立標(biāo)簽點(diǎn)之前，先通過串口助手進(jìn)行傳感器測試，并設(shè)置串口助手的參數(shù)。

2.1 串口測試

以溫濕度傳感器進(jìn)行測試，傳輸協(xié)議采用modbus[4]。測試步驟如下，在發(fā)射指令窗口發(fā)送03 03 00 00 00 02 C5 E9，地址03，03 為讀數(shù)據(jù)指令，讀取數(shù)據(jù)起始寄存器地址0x0000 的兩個(gè)16 位寄存器數(shù)據(jù)。在串口助手接收窗口會接受到如下指令：03 03 04 01 E7 01 09 A9 AE，從機(jī)地址03，返回4 個(gè)字節(jié)長度的數(shù)據(jù)，01 E7 為濕度值的高低字節(jié)，轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制為487，即濕度實(shí)際值×10 ；01 09 為溫度值的高低字節(jié)，轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制為265，即溫度實(shí)際值×10 。

2.2 建立標(biāo)簽點(diǎn)

在modbus 串口驅(qū)動上添加通道0、節(jié)點(diǎn)1 和內(nèi)存塊。通道0 設(shè)置波特率為9 600，8 位數(shù)據(jù)位，1 個(gè)停止位，節(jié)點(diǎn)1 的站點(diǎn)名為Node7，節(jié)點(diǎn)號為地址碼，節(jié)點(diǎn)1 下的地址碼均設(shè)置為7，冗余節(jié)點(diǎn)號與節(jié)點(diǎn)號一致。

在modbus 串口驅(qū)動里設(shè)置好傳感器的參數(shù)后，再通過數(shù)據(jù)庫管理器建立標(biāo)簽。

傳感器標(biāo)簽分配表如下表所示。

表1 傳感器標(biāo)簽分配表

3 人機(jī)界面

人機(jī)界面分為兩個(gè)畫面，畫面一是登陸界面，用戶名和密碼設(shè)置為Admin，如圖10所示，畫面二是大棚環(huán)境的參數(shù)，分為3 個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)均實(shí)時(shí)采集溫度、濕度、光照強(qiáng)度以及二氧化碳濃度。

以下是登陸界面C 腳本，與系統(tǒng)設(shè)置的密碼和賬戶進(jìn)行比對，通過PicFun.ShowPicWindow 函數(shù)進(jìn)入基于無線傳輸?shù)拇笈锉O(jiān)測系統(tǒng)，當(dāng)沒有輸入或者密碼賬戶有錯時(shí)，通過PicFun.ShowMessageBox 函數(shù)對用戶進(jìn)行提示。

圖7 系統(tǒng)登錄界面

圖8 大棚環(huán)境參數(shù)

4 小結(jié)

基于無線傳輸?shù)拇笈锉O(jiān)測系統(tǒng)可以通過分布在大棚內(nèi)的傳感器，采用無線傳輸?shù)姆绞?，將各個(gè)節(jié)點(diǎn)處采集的傳感器傳輸給上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)對大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)的自動化監(jiān)測，用戶通過上位機(jī)界面查看參數(shù)，進(jìn)而采取相應(yīng)的措施。