基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的溫室環(huán)境溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

引 言

現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)就是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的一些重要參數(shù)進(jìn)行檢測和控制。例如: 空氣的溫度、濕度、二氧化碳含量、土壤的含水量等[1]。在設(shè)施農(nóng)業(yè)種植中，溫室環(huán)境與作物的生長、發(fā)育、能量交換密切相關(guān)，進(jìn)行環(huán)境測控是實(shí)現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動(dòng)化、科學(xué)化的基本保證，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合作物生長發(fā)育規(guī)律，控制環(huán)境條件，使作物達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的栽培目的[2]。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過對溫室內(nèi)的空氣溫濕度和土壤溫濕度等參數(shù)進(jìn)行連續(xù)檢測和采集，形成量化數(shù)據(jù)。根據(jù)采集的數(shù)據(jù)總結(jié)出作物生長所需的最佳環(huán)境，通過本地監(jiān)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)、檢測，以創(chuàng)造滿足作物生長環(huán)境的需求[3]。

系統(tǒng)的溫濕度檢測根據(jù)用戶的設(shè)定完成一定范圍的溫濕度控制。整個(gè)溫濕度控制由信號采集、信號分析和信號處理三個(gè)部分，溫度檢測范圍 ：25 ℃～ 50 ℃ ；濕度檢測范圍 ： 25% ～75% RH ；溫度、濕度顯示方式 LCD 顯示。整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)系統(tǒng)、復(fù)位電路、溫度檢測、濕度檢測、鍵盤及顯示、報(bào)警電路、溫濕度控制電路等部分組成。系統(tǒng)框架圖如圖 1 所示。

1.1 電源模塊設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)中主要用到 +5 V，+12 V，15 V。為得到所需電源信號，系統(tǒng)采用了電壓轉(zhuǎn)換芯片 LM7815、LM7805 和 LM7812，三個(gè)芯片的輸入分別取 +19 V、+23 V 和 +12 V，經(jīng) 轉(zhuǎn)換后輸出端輸出分別為系統(tǒng)所需的 +15 V、+5 V 和 +12 V 電 壓。

1.2 傳感器模塊設(shè)計(jì)

傳感器采用溫濕度復(fù)合傳感器DHT11?？刂破髋cDHT11 的連接電路如圖 2所示，DATA上拉后與微處理器的 I/O端口相連。電路中連接線長度短于 20米時(shí)用 5.1KΩ上拉電阻，大于 20米時(shí)根據(jù)實(shí)際情況降低上拉電阻的阻值。每次讀出的溫濕度數(shù)值是上一次測量的結(jié)果，欲獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，需連續(xù)讀取兩次，每次讀取傳感器間隔大于 5秒即可獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

1.3 通信模塊設(shè)計(jì)

通信模塊使用工作在 2.4 ～2.5 GHz 的ISM 頻段的單片無線收發(fā)器芯片 nRF24L01。nRF24L01兼具發(fā)射和接收功能， 因此在溫濕度采集子節(jié)點(diǎn)上用于發(fā)送采集環(huán)境參數(shù)，接收節(jié)點(diǎn)上用于接收各個(gè)子節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)。nRF24L01與控制器連接電路如圖 3所示。

2 軟件設(shè)計(jì)

對溫濕度控制的要求，主要是保證溫濕度在一定范圍內(nèi)變化，穩(wěn)定性好，不振蕩，對系統(tǒng)的快速性要求不高。溫濕度采集程序主要完成，單片機(jī)從傳感器DHT11 采集溫濕度值， 并通過換算公式計(jì)算實(shí)際溫濕度值，再通過溫濕度值計(jì)算出露點(diǎn)值。流程圖如圖 4 所示。

3 結(jié) 語

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入到設(shè)施農(nóng)業(yè)，能夠改變傳統(tǒng)的設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、管理模式，使信息化與農(nóng)業(yè)結(jié)合的更加緊密 [4]。還能 為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用提供更加廣闊的空間。文中提出了一種基 于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方案，在溫室的溫濕度參 數(shù)采集中能夠比較好地獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。