一種基于arm的無(wú)線蔬菜大棚智能系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及溫室系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是一種基于ARM的無(wú)線蔬菜大棚智能系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，我國(guó)農(nóng)業(yè)溫室生產(chǎn)的現(xiàn)代化改革一直在推進(jìn)，要想提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，除了機(jī)械設(shè)備的更新，對(duì)自然環(huán)境的掌握、對(duì)農(nóng)作物的現(xiàn)代化管理同樣是節(jié)約人力資源、提高作物產(chǎn)量的重要手段。我國(guó)在《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006 — 2020年)》中明確將中農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)作業(yè)與信息化作為重點(diǎn)領(lǐng)域和優(yōu)先主題。在現(xiàn)在的中國(guó)，農(nóng)民經(jīng)常步行幾公里到田間地頭查看作物的溫度、光照、土壤濕度、土壤酸堿度、C02 (二氧化碳)濃度等信息。由于步行距離遠(yuǎn)就只能隔三差五地去，這樣就不能及時(shí)快速的了解信息，耽誤了對(duì)作物的黃金管理時(shí)間。尤其在南方像溫室蔬菜大棚，花卉苗圃園區(qū)這些高投入、高集中率、高產(chǎn)出、高價(jià)格并且對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境要求比較高的產(chǎn)品，如果不能及時(shí)快速地收集觀測(cè)到它的生長(zhǎng)信息并作出調(diào)整，作物一旦面臨土壤酸堿度失調(diào)，光照不足，土壤干旱等問(wèn)題作物的生長(zhǎng)周期就可能延長(zhǎng)，生產(chǎn)成本就可能增加。更加嚴(yán)重的情況是在冬天，中國(guó)傳統(tǒng)的方式就是白天人員隔幾個(gè)小時(shí)人工巡查一次，但是在夜間溫度比白天下降的更快，溫度變化更加難以估測(cè)，尤其是夜間人員需要休息，如果發(fā)生意外短短的幾個(gè)小時(shí)的低溫沒(méi)有及時(shí)調(diào)整就可能導(dǎo)致整個(gè)大棚內(nèi)的作物全部?jī)鏊阑蛘叽蠓臏p產(chǎn)，造成幾萬(wàn)元甚至十幾萬(wàn)元的損失。對(duì)于菜農(nóng)來(lái)說(shuō)損失將是無(wú)法彌補(bǔ)的。
[0003]目前，日本、美國(guó)以及荷蘭和以色列等國(guó)的農(nóng)業(yè)溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)比較先進(jìn)，在中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)，一些珍貴的苗圃花卉園區(qū)也開(kāi)始引入現(xiàn)代化的監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)。但是這些設(shè)備大都類似于總線型工業(yè)控制系統(tǒng)，設(shè)備價(jià)格高昂；布線繁瑣；而且需要特別訂制的溫室骨架做支持；只適合公司化、集團(tuán)化的高投資建設(shè)生產(chǎn)。而中國(guó)當(dāng)前溫室發(fā)展?fàn)顩r是，以家庭為單位建設(shè)溫室、每戶溫室數(shù)量較少、可投入資金相當(dāng)有限，而傳統(tǒng)的基于RS485和總線的溫室監(jiān)控系統(tǒng)布線復(fù)雜、成本高昂。隨著WSN技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)一套從經(jīng)濟(jì)成本上、安裝部署效率、使用習(xí)慣上都適合中國(guó)溫室農(nóng)民的遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)作業(yè)、提升人員管理效率、提高生產(chǎn)力對(duì)于中國(guó)目前的溫室農(nóng)戶和國(guó)家農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化推廣來(lái)說(shuō)具有非常重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于ARM的無(wú)線蔬菜大棚智能系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采集蔬菜大棚的栽培環(huán)境，使蔬菜內(nèi)部的各參量指標(biāo)符合蔬菜的最佳生長(zhǎng)環(huán)境要求，以保證蔬菜的正常增長(zhǎng)和降低人工監(jiān)控、提高經(jīng)濟(jì)效益。
[0005]本發(fā)明采用以下方案實(shí)現(xiàn):一種基于ARM的無(wú)線蔬菜大棚智能系統(tǒng)，包括復(fù)數(shù)個(gè)設(shè)置于蔬菜大棚中的用以數(shù)據(jù)檢測(cè)和輸出控制的下位機(jī)與一用以數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)設(shè)定與數(shù)據(jù)傳送的上位機(jī)；所述下位機(jī)包括單片機(jī)以及與其相連的控制模塊、液晶顯示模塊、報(bào)警模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊與無(wú)線通信模塊；所述A/D轉(zhuǎn)換模塊還與溫度檢測(cè)模塊、濕度檢測(cè)模塊、光照強(qiáng)度檢測(cè)模塊以及二氧化碳濃度檢測(cè)模塊相連；所述上位機(jī)包括單片機(jī)以及與其相連的無(wú)線通信模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊、按鍵模塊以及用以與PC機(jī)通信的PC控制器。
[0006]進(jìn)一步地，所述上位機(jī)中的單片機(jī)為STM32單片機(jī)。
[0007]進(jìn)一步地，所述下位機(jī)中的單片機(jī)為STC89C52單片機(jī)。由于下位機(jī)需要較大的存儲(chǔ)量，因此選擇一個(gè)數(shù)據(jù)和程序容量較大的單片機(jī)，就不用擴(kuò)展數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)器。經(jīng)過(guò)權(quán)衡各種控制器芯片，最終采用STC89C52單片機(jī)作為核心控制器。該單片機(jī)有較強(qiáng)的指令尋址和運(yùn)算功能，算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活，易于實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，可以用軟件簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)算法和邏輯控制、成本較低。且其外圍電路比較復(fù)雜，抗干擾能力較理想，性價(jià)比高，容易燒寫程序。所述STC89C52單片機(jī)是一款8051的MCU，包含16/32/64kB Flash和1024字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM。
[0008]進(jìn)一步地，所述溫度檢測(cè)模塊包括一用以采集溫度值的溫度傳感器；所述濕度檢測(cè)模塊包括一用以采集濕度的濕度傳感器；所述光照強(qiáng)度檢測(cè)模塊包括一用以采集光照強(qiáng)度的光照強(qiáng)度傳感器；所述二氧化碳濃度檢測(cè)模塊包括一用以采集二氧化碳濃度的二氧化碳傳感器。
[0009]進(jìn)一步地，所述光照強(qiáng)度傳感器為BH1750 ;所述二氧化碳傳感器為MG811 ;所述溫度傳感器與濕度傳感器為溫濕度復(fù)合傳感器，所述溫濕度復(fù)合傳感器為DHTlI。
[0010]進(jìn)一步地，所述控制模塊包括有溫度輸出控制電路、濕度輸出控制電路、二氧化碳濃度輸出控制電路；所述溫度輸出控制電路、濕度輸出控制電路以及二氧化碳濃度輸出控制電路均包括一用以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)控制的繼電器；所述光照強(qiáng)度控制電路包括一用以表示光照強(qiáng)度的LED燈。下位機(jī)的單片機(jī)I/O 口通過(guò)光耦輸出控制繼電器開(kāi)關(guān)作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出端器件的控制；另外該單片機(jī)通過(guò)ULN2003的控制提高輸出帶載能力，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)LED燈的PffM控制亮暗程度。
[0011 ] 進(jìn)一步地，所述無(wú)線通信模塊為NRF24L01微功率無(wú)線通信模塊，該模塊為Nordic公司的NRF24L01芯片，2.4G全球開(kāi)發(fā)ISM頻段免許可證使用，最高工作速率達(dá)2Mbps，125頻道滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信需要，體積小巧約31mm*17mm，高效GFSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合無(wú)線音視頻傳輸、工業(yè)控制領(lǐng)域等需要較大傳輸速率的無(wú)線通訊需求。
[0012]進(jìn)一步地，所述上位機(jī)與下位機(jī)均包括一用以提供5V電源的電源模塊，所述電源模塊包括三段穩(wěn)壓器7805、二極管、電容以及電阻。由于變壓器可產(chǎn)生12V左右的輔助交流電，輔助電源的輸入端電源由12V變壓器的輔助線圈提供，經(jīng)過(guò)整流橋D整流后分別經(jīng)電容Cl、C2和電容C5、C6濾成平穩(wěn)的12V作為三端穩(wěn)壓器LM7805的輸入電源，三端穩(wěn)壓器LM7805的輸出端經(jīng)過(guò)電容C3、C4和電容C7、C8濾波后就可得到5V的穩(wěn)定直流電壓，該5V電壓可作為單片機(jī)和LCD顯示屏等供電。
[0013]本發(fā)明還采用以下方法實(shí)現(xiàn):一種基于ARM的無(wú)線蔬菜大棚智能系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟:
步驟S1:下位機(jī)中采用傳感器采集當(dāng)前蔬菜大棚中的光照強(qiáng)度、濕度、溫度以及二氧化碳濃度數(shù)據(jù)，采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊輸入單片機(jī)處理后在顯示模塊顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并通過(guò)無(wú)線通信模塊發(fā)送給上位機(jī)；
步驟S2:所述上位機(jī)通過(guò)無(wú)線通信模塊接收下位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)，在顯示模塊顯示相應(yīng)的數(shù)值，所述上位機(jī)中的單片機(jī)將接收到的數(shù)值與設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比較，若接收到的數(shù)值與設(shè)定的數(shù)值不相等，則所述上位機(jī)中報(bào)警模塊發(fā)出報(bào)警，并且通過(guò)無(wú)線通信模塊發(fā)送控制信號(hào)給所述下位機(jī)，通過(guò)PC控制器將數(shù)據(jù)發(fā)送給PC機(jī)實(shí)現(xiàn)保存和記錄數(shù)據(jù)；
步驟S3:所述下位機(jī)的無(wú)線通信模塊接收控制信號(hào)，并將控制信號(hào)傳輸至所述下位機(jī)中的單片機(jī)，所述單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)所述下位機(jī)中的控制模塊的輸出控制。
[0014]因此，本發(fā)明中上位機(jī)可通過(guò)分時(shí)接收下位機(jī)的通信信號(hào)，并且進(jìn)行相應(yīng)的分析和處理，最終實(shí)現(xiàn)ARM主控器對(duì)多下位機(jī)系統(tǒng)的控制。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采集蔬菜大棚的栽培環(huán)境，使蔬菜內(nèi)部的各參量指標(biāo)符合蔬菜的最佳生長(zhǎng)環(huán)境要求，以保證蔬菜的正常增長(zhǎng)和降低人工監(jiān)控、提高經(jīng)濟(jì)效益。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)電路模塊示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明的下位機(jī)電路模塊示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0019]本實(shí)施例提供一種基于ARM的無(wú)線蔬菜大棚智能系統(tǒng)，如圖1和圖2所示，包括復(fù)數(shù)個(gè)設(shè)置于蔬菜大棚中的用以數(shù)據(jù)檢測(cè)和輸出控制的下位機(jī)與一用以數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)設(shè)定與數(shù)據(jù)傳送的上位機(jī)；所述下位機(jī)包括單片機(jī)以及與其相連的控制模塊、液晶顯示模塊、報(bào)警模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊與無(wú)線通信模塊；所述A/D轉(zhuǎn)換模塊還與溫度檢測(cè)模塊、濕度檢測(cè)模塊、光照強(qiáng)度檢測(cè)模塊以及二氧化碳濃度檢測(cè)模塊相連；所述上位機(jī)包括單片機(jī)以及與其相連的無(wú)線通信模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊、按鍵模塊以及用以與PC機(jī)通信的PC控制器。
[0020]在本實(shí)施例中，所述上位機(jī)中的單片機(jī)為STM32單片機(jī)。
[0021]在本實(shí)施例中，所述下位機(jī)中的單片機(jī)為STC89C52單片機(jī)。由于下位機(jī)需要較大的存儲(chǔ)量，因此選擇一個(gè)數(shù)據(jù)和程序容量較大的單片機(jī)，就不用擴(kuò)展數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)器。經(jīng)過(guò)權(quán)衡各種控制器芯片，最終采用STC89C52單片機(jī)作為核心控制器。該單片機(jī)有較強(qiáng)的指令尋址和運(yùn)算功能，算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活，易于實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，可以用軟件簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)算法和邏輯控制、成本較低。且其外圍電路比較復(fù)雜，抗干擾能力較理想，性價(jià)比高，容易燒寫