一种家用型微小悬挂式智能大棚

苏敏 殷柯裕 詹玉锋 马金燕 代亚文

针对有种植意愿而没有足够空间的现代人，设计了一种家用型微小悬挂式智能大棚。大棚是悬挂在阳台顶部并采用自动升降技术对其进行上下移动，系统采用Zigbee无线传输技术实现对大棚环境的监控，充分利用湿度传感器，土壤湿度传感器，火焰报警器等传感器对大棚中的不同植物的生长环境参数进行实时采集，通过预先设定的阈值来控制设备的运转。该系统通过ESP8266模块连接至互联网，用户可在移动端或CP端实现对于系统的实时监控与远程操作，以保证农作物处于良好的生长环境。

一、背景及研究的意义

在物联网时代的大潮流中，智能大棚得到更好地发展。智能大棚不仅能在不适宜植物生长的季节提供光照或水分等所需物质，而且能对大棚中的植物进行实时监控，精准化管和远程控制，为人们对植物的科学管理带来了极大地方便。

随着新技术和自动化的发展，传感器的使用数量越来越多，功能也越来越强，各种传感器都已经标准版，模块化，这为这个家用型微小悬挂式智能大棚系统的设计提供极大方便。

二、家用型微小悬挂式智能大棚总体设计

家用型微小悬挂式智能大棚系统分别由终端，无线传感网络，主控中心三部分组成。把无线传输技术，单片机原理，傳感器等技术与植物种植相结合，实现了家用型微小悬挂式智能大棚的自动化，精准化。

本大棚采用Zigbee无线传输技术实现对大棚环境的监控，充分利用空气温湿度传感器，土壤温湿度传感器，光照强度等传感器对大棚中的不同植物的生长环境参数进行实时采集，通过预先设定的阈值来控制设备的运转。无线传感网络的终端节点连接着传感器和继电器。传感器用来感知外界环境变化并采集相关数据。继电器用来控制终端节点农业设施的运转。协调器用来创建ZigBee网络，为加入到网络的节点分配地址。

三、模块设计

（一）终端节点模块

终端节点是由三部分组成，一部分采用的是监控环境数据的传感器;另一部分则是由继电器控制的农业设施，如风扇，日光灯，喷头，卷帘，报警器等。还有一部分是人们用于远距离观察的客户终端。

（二）无线传输网络

无线传输网络主要由ZigBee网络构成。ZigBee是部署无线传感器网络的新技术。这种通讯技术是应用在短距离，低传输数据速度下的各种电子设备之间，它主要有以下特点：低功耗、网络容量大、时延短、成本低、安全可靠。在ZigBee无线网络协议中定义了全功能设备和精简功能设备两种功能设备，由于全功能设备可以支持任何一种拓扑结构，主要作为网络的协调器和路由器。能够和任何一种设备通信，所以大棚采用全功能设备，ZigBee协调器是整个无线传输网络的中心，负责对整个ZigBee 网络的搭建和维护。

（三）中心控制模块

主控中心主要由STM32F 103RC开发板负责。STM32从串口读取数据后，把大棚内的各种数据环境数据分别储存在各个变量中用于判断是否在预先设计的阈值范围内，从而通过控制继电器的开关来自动调节喷头、风扇、日关灯、卷帘等的工作。

四、系统的实现

（一）除湿系统

DHTII 温湿度传感器采集大棚中的空气湿度和温度参数值，并将收集到的数据通过zigbee网络发送给zigbee协调器，协调器将收到的数据整合处理后发送给串口，STM32读取温湿度传感器DHTII的数据，了解大棚现在的环境状态，将处理后的数据通过中口再传至协调器，在由协调器将数据发送继电器控制风扇打开并对大棚内部进行除湿操作。

（二）自动灌溉系统

本系统通过土壤温湿度传感器检测并传送土壤中的湿度信息至协调器STM32读取温湿度传感器DHTII的数据，将处理后的数据再传至协调器，协调器在将数据发送继电器节点的喷头，实现作物生长整个过程中所需的土壤湿度。

（三）光照系统

光照强度传感器实时监控大棚中光线的强度，当光照强度大于设定的参数范围时系统将通过单片机控制进步电机反转从而达到光线要求，如果光照强度，还是达不到要求，单片机江将驱动继电器控制的日光灯从而控制光照强度，延长光照时间。

（四）报警系统

报警系统主要用于预防突发危险应用火焰传感器灵敏的感光性，采集大棚周围环境的不正常参数。

（五）家用型微小悬挂式智能大棚升降系统

家用型微小悬挂式智能大棚采用了变压整流技术，把220V的交流电转变为控制器能使用直流电源。

五、结语

家用型微小悬挂式智能大棚通过HDTII温湿度传感器、土壤温湿度传感器、火焰传感器的等传感器采集大棚的各种情况数据，采用ZigBee无线组网技术传递数据信息，利用STM32单片机进行控制，实现了坐在办公室也能对植物进行管理，解决日常生活中用户自己没时间种植的和没地方种植的问题，为经常外出或没有地方种植的用户提供方便。这对人民生活带来了极大的方便，具有重要的现实意义并且具有一定发展和应用前景。（作者单位：西京学院 商学院）