溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用于設(shè)施農(nóng)業(yè)論文
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1系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.1基于ARM的嵌入式控制器
嵌入式控制器一般是由ARM9處理器、SDRAM、FLASH、電源及復(fù)位模塊、人機(jī)接口LCD觸摸屏及相關(guān)外圍電路組成。筆者選用的S3C2440處理器，是SAMSUNG公司開發(fā)的一款基于ARM9內(nèi)核的微處理器。S3C2440是基于ARM920T內(nèi)核，0.13UmComs標(biāo)準(zhǔn)單元和存儲(chǔ)單元復(fù)合體。它的特點(diǎn)是功耗低、簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、功能強(qiáng)大、性價(jià)比相對(duì)高，并且還具有豐富的擴(kuò)展功能接口，便于構(gòu)建外圍電路，如圖3所示。嵌入式控制器作為數(shù)據(jù)信息收集處理的主節(jié)點(diǎn)，通過(guò)SPI總線與ZigBee模塊通信，用于和無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，該ZigBee模塊作為ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的組建和給加入節(jié)點(diǎn)分配地址；嵌入式控制器通過(guò)UART串口與GPRS模塊通信，用于接入Internet網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳web服務(wù)器，同時(shí)可以接入GSM網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)手機(jī)信息收發(fā)功能。在傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)存在溫濕度異常時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警信號(hào)。嵌入式控制器上植入linux操作系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)程序和監(jiān)控程序，系統(tǒng)啟動(dòng)后依次加載各種驅(qū)動(dòng)程序，并運(yùn)行監(jiān)控程序，
1.2基于Internet的遠(yuǎn)程在線客戶訪問(wèn)服務(wù)平臺(tái)
數(shù)據(jù)管理級(jí)遠(yuǎn)程綜合服務(wù)平臺(tái)基于B/S（Browser/Sever），形成所謂前端Browser瀏覽器、中間層應(yīng)用程序（Application）、后端數(shù)據(jù)庫(kù)（Database）的3層3-Tier結(jié)構(gòu)。主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端（Server）實(shí)現(xiàn)，極少部分事務(wù)邏輯在前端（Browser）實(shí)現(xiàn)，用戶工作界面是通過(guò)www瀏覽器來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)不同的用戶，從各自的所在地點(diǎn)，以各自的接入方式（比如Internet/Intranet，LAN，WAN等）訪問(wèn)和操作共同的數(shù)據(jù)庫(kù)。從而簡(jiǎn)化客戶端電腦載荷，減輕了系統(tǒng)維護(hù)與升級(jí)的工作量，節(jié)省了用戶的總體成本，同時(shí)它還能有效地保護(hù)數(shù)據(jù)平臺(tái)嵌入式控制器軟件結(jié)構(gòu)圖和管理訪問(wèn)權(quán)限，服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)也很安全。
2溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)施溫室的應(yīng)用
2.1設(shè)施蔬菜溫室中溫濕度監(jiān)控設(shè)備的應(yīng)用
所選溫室為天津應(yīng)用廣泛的溫室之一，覆蓋范圍廣，此設(shè)備是一套集溫濕度為一體的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備，有著監(jiān)控點(diǎn)分布廣泛、實(shí)時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，用戶可根據(jù)自身需要設(shè)定收發(fā)間隔，可廣泛應(yīng)用在大棚生產(chǎn)、溫室生產(chǎn)、特殊環(huán)境監(jiān)測(cè)等。即使遇到惡劣天氣，信號(hào)收發(fā)功能也能清楚地接收監(jiān)控設(shè)備的信號(hào)，實(shí)用性和適用性都符合天津現(xiàn)階段的要求，在農(nóng)戶應(yīng)用中口碑很好，而且設(shè)備占用空間小，在溫室本來(lái)就有限的面積內(nèi)，有著良好的空間優(yōu)勢(shì)。操作簡(jiǎn)單，只要簡(jiǎn)單培訓(xùn)，農(nóng)戶就可以上手，不需要專業(yè)的知識(shí)背景，界面人性化設(shè)計(jì)，可語(yǔ)音報(bào)數(shù)，提供良好的服務(wù)功能。
2.2設(shè)施食用菌溫室中溫濕度監(jiān)控設(shè)備的應(yīng)用
天津市北辰區(qū)下河頭食用菌種植專業(yè)合作社是以工業(yè)化廠房為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)模的大型食用菌種植基地，主要以生產(chǎn)白靈菇為主，其他食用菌為輔，現(xiàn)占地面積3.3hm2，共建5個(gè)大型的工廠化車間。在已開發(fā)的溫濕度監(jiān)控器基礎(chǔ)上可以增加光照和二氧化碳傳感器，實(shí)現(xiàn)溫室內(nèi)溫度、濕度、光照、二氧化碳、氧氣的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在遠(yuǎn)程電腦端顯示，實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境因子監(jiān)控的閾值報(bào)警功能，實(shí)現(xiàn)3個(gè)溫室的統(tǒng)一監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)等實(shí)用功能的專業(yè)性管理系統(tǒng)。可有效地節(jié)約管理資源，提高業(yè)務(wù)產(chǎn)能，規(guī)避操作風(fēng)險(xiǎn)。
3小結(jié)與討論
筆者設(shè)計(jì)了適用于溫室大棚的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠采集大棚中任意位置的溫濕度參數(shù)，并實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)上傳到web服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中；無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)預(yù)留傳感器接口，可以接插相應(yīng)的傳感器實(shí)現(xiàn)更大范圍參數(shù)的監(jiān)測(cè)。Web服務(wù)器提供用戶可以通過(guò)Internet網(wǎng)隨時(shí)查詢溫室大棚各個(gè)參數(shù)信息，用戶也可以通過(guò)手機(jī)短信獲取溫室大棚中的參數(shù)信息，實(shí)現(xiàn)在任何時(shí)刻任何地點(diǎn)對(duì)大棚的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。后期將對(duì)大棚中參數(shù)調(diào)節(jié)控制方法進(jìn)行研究，采用增加溫度、濕度調(diào)節(jié)等相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物的自然催長(zhǎng)環(huán)境。
作者：王建春 李鳳菊 于偉軍 張雪飛 單位：天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院信息研究所 中國(guó)鐵通集團(tuán)有限公司天津分公司