温湿度传感器在智慧农业中的应用探讨

钱逸敏 李晓东

河南省计量科学研究院 河南郑州 450000

1 智慧农业技术特征

1.1 可复制性

智慧农业依靠技术，成功的生产技术可以被复制与推广。使用标准化方案生产，人人都可以是农业专家，不仅能大幅度提高农产品产量、品质及产值，增强农业素质、效益及竞争力，还能抗御自然灾害与市场风险能力，保障农产品有效供给。

1.2 可追溯性

智慧农业的重点内容之一就是安全溯源，利用信息化技术和“区块链技术”，可以实现农产品从种植、管理、生产、加工、仓储、物流等整个过程的透明化，真正实现田间到餐桌的全程溯源，将种植和生产的关键环节完全呈现给消费者。这种可追溯的管理方式，促进了农业规范化和标准化生产，保证了农产品质量安全。

1.3 高效率性

智慧农业通过实施一整套现代化农事控制技术、智能设施、远程农事操作，可以合理安排用工用时用地，提高农业生产组织化水平。这种生产方式的改变极大地提升了劳动生产效率，降低人工成本，减少对自然能源的消耗，更好地控制生产成本。同时，也有利于实现对闲置资源的充分利用，从而获得更高的农业和农产品生产价值[1]。

1.4 高精确性

智慧农业让农业生产由靠“天”收向靠“智”收转变，使传统农业由结构调整，转型升级，推进农业供给侧结构性改革，大力推进规模化经营、标准化生产、品牌化营销，向农业的深层次、多层次进军。

2 温湿度传感器集成系统设计

2.1 硬件架构设计

温湿度传感器集成系统设计共分为两部分：硬件设计和软件设计，本章将对集成系统的硬件设计方案进行介绍。由于集成系统中的数据采集芯片只能作为从机工作，因此系统接入其他外部设备时需要外部通信电路，因此本章也对外部通信电路进行相关设计。

2.2 集成系统设计

温湿度传感器集成系统包括三个部分：处理器芯片、温湿度传感器以及封装结构。其中温湿度传感器对温湿度信号进行测量，处理器将测量数据进行存储与处理。传感器芯片与处理器通过混合封装集成在一起。

2.3 外部通信电路

外部通信电路的硬件包括电压转换模块、单片机、液晶显示模块。外部通信电路工作时，单片机作为主机驱动PCap02和液晶显示屏，PCap02作为从机，通过IIC与单片机实现通信。单片机作为主机主动发出读数据指令，通过串口总线将温湿度值读出，并最终通过液晶驱动程序将温湿度值显示在液晶屏上[2]。

3 温湿度传感器在智慧农业中的应用实践

3.1 温室监控系统设计

智慧农业中的温室监控系统为了有效达到节能、多产的目的，满足实验的效果，需要对温室内的各个环节进行系统设计。该系统包括感知层和应用层的设计。感知层通过研究传感器数据融合技术使得整个系统的性能得到提升，系统软件利用传感器收集处理的各类数据，能够对温室环境进行实时监控，能够对每个传感器获得的数据生成监控趋势，并且能够对数据进行操作，以便于精准地控制温室内部环境。

与LEACH协议相结合，该结构设计将温室划分为不同的簇，每个簇中的传感器将采集到的数据传给簇头结点，簇头结点通过简单的处理后传输给协调器节点，协调器节点在一段时间内收集到各个簇的数据后再将数据发送至控制器，从而进行数据的分析及反馈相应的处理结果。

对于基于LEACH无线传感网络的用户来说，它的信息传递缺乏互动性和自我约束的能力是显而易见的。

3.2 系统原理及实现

AM2321芯片的主要功能是检测环境中的温湿度，是一款比较常用的温湿度测量传感器，也是一款功能相对较为完善的温湿度传感器，研究其内容具有普遍性。该传感器在采集数据时能够对采集到的数据进行校准，采用了专用的数字模块采集和温湿度传感器技术。AM2321芯片中包含一个感温感湿元件，该元件具有很高的精度，因此可靠性和性能是很高的[3]。

（1）Modbus原理及实现代码。Modbus是一种串行通信协议，是工业电子设备之间常用的连接方式。大体通信过程如下：主设备可单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信。如果单独通信，从设备返回消息作为回应；如果是以广播方式查询，则不作任何回应。

（2）AM2321芯片简介及实现代码。AM2321的SDA口连接到STC12C5A16S2的P1.1-S进行单总线通信，R19为上拉电阻。各PIN的分配如表1。

表1 AM2321的传感器性能

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