多终端智能控制菜园种植系统设计与实现

华南理工大学广州学院 梁文坤 缪文南



多终端智能控制菜园种植系统设计与实现

华南理工大学广州学院 梁文坤 缪文南

【摘要】如今追求环保、绿色、乡园田野已经成当今的一种生活时尚，生活水平和质量的不断提高，以及对食品安全关注度的日益提高，人们开始在自家阳台种果种菜，不仅经济实惠而且绿色环保，这是一种值得提倡的节能生活方式，本系统网针对家庭生活中的阳台种植，能非常方便地辅助用户种植自己的蔬菜，极大节省自己的时间和精力。

【关键词】数据采集；无线传输；智能控制；数据分析；远程控制

1　引言

随着人们生活水平的提升，对食品安全问题的进一步关心，对绿色食品的要求越来越高，人们更渴望吃到真正价格低廉、天然无污染的放心菜，那么自种自吃将会是你的不二选择，在自家的阳台改造成属于自己的菜园，成功收获自己种的蔬菜，并且吃上自己做的菜将会是一件非常有成就感的事情。

针对于城市中这一占大部分的群体，我队研发了一套育菜自动化系统让城市的区民能够体验阳台种菜的便利性，实用性，让阳台培育疏不再是一件辛苦的事情，随时随地按下手指便能育菜。

本用户体验由五方面组成：1）下位机数据采集，无线发送数据；2）短程无线控制和接收信息；3）实时网络监控；4）PC机上图形分析；5）通过短信进行实时反馈。

2　系统设计方案

如图1所示，本系统设计分为以下具体五方面：1）菜园控制端，采集菜园环境各类参数（温度、光照强度、土壤湿度），实时无线发送采集数据，并接收其他调整环境因素的控制信号；2）育菜移动终端，在菜园附近实时无线接收菜园环境各类参数，可智能提示、手动或智能反控制菜园环境（即控制光照强度、温度、土壤湿度等因素，下文均以控制菜园环境表示）；3）E家的移动绿巨人管理软件，通过转换数据端接收到的数据，再串口传递数据，将数据分类，生成报表，图形曲线分析，数据库存储，和手动或智能反控制菜园环境；4）以太网网络控制，通过摄像头实时监视，网页控制开关，控制菜园环境；5）GSM手机网控制，手机发送信息可获取当前菜园环境参数，同时也可以进行短信控制菜园环境。即可到到智能控制、管理菜园。

图1　系统结构框图

图2 程序流程框图

3　系统实现

多终端智能控制菜园种植系统由菜园控制模块、育菜无线控制与接收模块、PC机管理模块、网络摄像监控模块和手机控制模块构成。这是本系统的总体构成，以上模块是依据要实现的功能而设计制作的，依据实事求是的精神，逐步实现各个模块的功能。这样有助于各个模块的衔接以及缩短调试时间。

3.1硬件实现

3.1.1下位机模块

下位机模块是以STC89C52单片机为核心，主要是为了无线的收发，继电器模块的控制，温度、湿度、光照强度的读取等组成。主要负责采集数据以及数据发送的作用。

3.1.2无线网络模块

采用nRF24L01，该模块是由NORDIC［1］出品的工作2.4GHz～2.5GHz的ISM 频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括：频率发生器、增强“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器和解调器。输出功率频道选择和协议的设置可以通过SPI 接口进行设置。可以连接到单片机进行处理，完成无线数据传送工作。

3.1.3 传感器模块

温度采集采用的是DS18B20，该传感器具有独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。 测温范围-55℃～+125℃，固有测温分辨率0.5℃，满足现实需要。

土壤相对湿度传感器是由LM358进行放大信号处理而得到土壤相对湿度。

光照强度的测量采用光敏电阻，该电阻价格便宜，实用性强，该电阻是随光照强度的变化而变化的，通过将采集的电压信号经AD转化为数字信号，从而实现对光照强度的测量。

3.2软件实现

系统的软件开发主要由三部分构成，一是基于单片机STC89C52的硬件控制和信息接收的C语言开发，二是基于PC机的图形软件LABVIEW的开发，三是基于STM32单片机的uCOS系统开发。

如图2所示，系统先初始化，在进入系统后，下位机采集的数据与终端进行数据的无线传送，实现数据的向PC终端、手机终端和手持移动终端进行显示与查询。

4　系统测试

在恒定的室温环境中，放温湿度计、照度计等设备进入该小菜园中。启动该系统，检查电路的通断情况，并测试所有检测模块的运行情况。让该系统运行一段时间后，开始采集接收温度、湿度、光照强度的数值，持续一段时间，得出数据后进行分析，对比标准采集器所得到的数据，计算其误差。另一方面，通过上位机和移动中断进行继电器模块的控制，观察其对应电路是否启动。结果如表1所示。

表1　继电器控制情况表

5　总结

这套系统产品主要应用于家庭的阳台菜园、果园，代表一种绿色、低碳、健康、环保的全新生活理念和做到一种“网上种菜回家吃菜“休闲健康的全新生活娱乐方式，陶冶都市生活情趣。

该系统网可以从较大范围随时随地对菜园进行可监可控，让“全民一起来种菜”成为了可能，体现出智慧城市，智慧生活，绿色生活的理念。

近年来随着阳台菜园这个朝阳行业的发展，势必会有越来越大的市场空间，也蕴含着相当大发展潜力和商机。但是目前网上虽有较多种菜交流学习论坛，但是把它做成产业的企业却非常少。在此基础上运用自动化技术提供种植的企业就更少了，而且市场上还未有局域网，手机网的技术融合，并且本身以这个作为发展方向，做成多用户体验便是一种特色，它代表着一种全新的生活理念，代表着便利，简单，绿色、低碳、健康。

该套系统由于应用范围广，可以投入大规模生产的应用，如大棚蔬菜，农业种植，花园市场等多种行业。

参考文献

［1］张齐，朱宁西 等.单片机应用系统设计技术——基于C51的Proteus仿真（第2版）［M］.电子工业出版社，2011.

［2］郭天祥等.新概念51单片机C语言教程［M］.电子工业出版社，2011.

［3］刘波文，孙岩 等.嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ经典实例——基于STM32处理器［M］.北京航空航天大学出版社，2011.

［4］布鲁姆，刘章发，衣法臻 等.LabVIEW编程样式［M］.电子工业出版社，2009.

［5］李江全，等.LabVIEW虚拟仪器数据采集与串口通信测控应用实战［M］.人民邮电出版社，2010.