基于温室环境的监察系统

王海峰 王一帆 苏聪

摘 要：针对国内农业设施中存在的不足之处，设计了基于ZigBee无线网络的智能温室环境监测系统。该监测系统由ZigBee无线传感器节点、无线路由器节点、无线网络协调器和监控主机四部分组成，还可通过移动终端对温室环境进行远程监测。实验表明系统能够对植物的环境参数变化做出反馈控制。从而对温室内环境进行调节，保持着有利于植物生长的最优环境参数。

关键词：智能温室;ZigBee;终端控制;远程监测

目前多数温室依旧采用根据生产经验进行生产管理，自动化程度较低，效益良莠不齐。在温室环境生产农作物时，综合利用多种先进的设施和技术，模拟农作物生长的最佳环境条件并消除不良的环境因素对作物生长的影响，从而缩短农作物的生长周期已成为重要的研究方向。本文通过Zigbee通讯技术组合传感器和智能终端设备，设计了一套基于Zigbee技术的智能温室环境监测系统，该系统可以实时获取并控制温室大棚内的环境数据。

1 系统总体设计

1.1 温室环境监察系统的总体设计

本系统的总体设计系统框图如图1所示：

由系统框图1可知，设计的该监测系统能够实现对温度、土壤湿度、雨量、风速、气体、光照的检测，根据检测值的大小，实现对排风扇、水泵、卷帘机等的控制。终端是基于CC2530的嵌入式信息采集及控制模块;协调器是将各个终端的信息进行整理，并将整理后的数据通过WIFI模块发送给移动终端。手机的控制指令通过WIFI模块发送给协调器，协调器会根据接收到的命令及终端地址，将指令发送给相应的终端，终端接收到指令后进行相应动作。同时每一个终端也可以通过自身的显示屏实时显示数据。

1.2 软件的总体结构

系统软件结构的是在函数接口的基础之上建立的，主要有三个层次：系统平台层，协议层和应用层。系统平台层调用一些基本的接口函数完成对整个系统的一系列初始化，同时为协议层提供相应的驱动服务。协议层既要实现802.15.4的PHY和MAC层协议，又要实现Zigbee网络层的协议，同时还要为应用层提供服务。应用层则主要是通过函数接口调用协议层所提供的功能，以实现对整个网络的管理。

1.3 手机客户端设计

客户端应用软件是运行于Android手机的温室环境远程监控软件。该软件是实现远程监控和人机交互的关键。开发需要在计算机上搭建Android平台;利用Eclipse开发环境编写应用软件。手机能够登录手机APP界面，远程观察温室环境里各项参数的值，并能够改变检测数据的各项阈值，在系统低于或高于响应阈值时，系统能够自动报警;同时也能够进行反馈调节使其恢复正常参数。

2 系统测试结果分析

2.1系统内部硬件

为了检测基于温室环境的监察系统各方面功能的稳定性，我们在模拟的温室环境中放置了植物——水草和小苗;通过整个系统对模拟温室内的环境进行监测;

模拟系统实物如图2所示，在系统内部采用了如烟雾传感器、二氧化碳传感器、土壤水分传感器、温度传感器、湿度传感器、风速风向传感器等多种传感器;从而多方位的检测温室内植物生长环境参数并能够及时进行调节，使植物始终处于最适宜生长环境。

图3为部分终端屏幕及其显示内容，该模拟平台采用直流开关电源进行供电，当电源供电时，系统指示灯亮起，屏幕显示提示文字，并开始进行环境数据的采集。

显示器面板上的各项数值会实时反馈到手机客户端上，根据相对应的各项参数可手动或自动进行环境调节，如系统检测到实时土壤湿度低于预设值，则系统自动启动水泵进行灌溉。也可在键盘上人工按下灌溉，水泵即时运转。

2.2 温室植物生长实验

为验证系统的稳定性及实用价值，在模拟温室环境系统中栽培芽苗菜，设置对照组实验;一组为自动调节的温室环境组（A组），一组为人工调节的温室环境组（B组）。通过观察记录芽苗菜生长情况来判断哪种方式的环境调节更具有优越性。

图4芽苗菜生长参数折线图，根据图4参数设置系统调节参数为温度17℃左右、湿度60%。

通过十天的时间对芽苗菜的生長情况进行持续观察记录得表中的实验数据，数据显示A组植株生长速度更快，即就是在自动调节的温室环境里培植的芽苗菜在相同时间段里植株更高，说明自动调节的温室环境更适宜作物生长。

3 结语

本次基于Zigbee无线网络的温室环境监测系统设计，是针对现温室环境种植或反季节种植的控制系统。本产品综合运用传感器采集、设备控制、无线传感器网络，依托部署在温室中的各种传感器节点、控制节点、智能网关与客户端实现温室大棚农业生产环境的智能感知、智能控制以及智能预警等，为农业高效生产提供保障。对未来温室环境监测系统的发展具有一定的参考意义。

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