基于物联网技术的微型种植大棚系统设计

杨溢恩 闪静洁

(安徽新华学院，安徽 合肥 230000)

0 引言

随着科技的发展，智能家居系统将愈加完备，远程控制的微型种植大棚可以更快地融入智能家居系统。在家中不足1 m2的小地方，随时可以种植新鲜的蔬菜和花卉，环保、卫生、绿色，亲近大自然，可与家人一起播种，收获。本产品设计让大家拥有属于自己的园圃，同时，在微型种植大棚上增加WiFi监控模块，可控性强，对于在外地的工作者也可以轻松地管理家中菜园，不受季节限制，告别水、空气、土壤污染。本作品实现智能控光、智能控温、智能控湿、远程控制等功能。

1 系统总体设计

本系统以STC89C51单片机为核心，通过温、湿度传感器和光照传感器采集环境数据并在LCD1602液晶显示，根据预先设定的数值，水泵、风扇、电机、水雾模块自动调节周围环境。主要采用WIFI模块和摄像头实现远程控制，也可以通过手机APP进行远程手动控制模式和视频监测。

现场控制端：通过温度传感器DS1820、土壤湿度传感器YL-69、光照传感器BH1750采集棚内环境各类参数(温度、光照强度、土壤湿度)，相应数据在LCD1602液晶显示，显示模块在摄像头监控范围内；按键开关可设置环境参数的上下限，触动上下限时，单片机驱动水泵、风扇、水雾模块和电机工作，电机主要是为了带动自动伸缩顶棚开闭；水雾模块则是采用微孔雾化片，在检测到周围环境温湿度变化后，用雾化水进行加湿降温。

远程控制端：WIFI模块实时无线发送采集的环境数据给手机，手机APP同时也可以管理棚内环境，并访问棚内设置的摄像头，读取视频和截取实时照片。系统设计方案如图1所示。

图1 系统设计方案

2 硬件设计

2.1 WIFI通信模块

WIFI模块工作方式有2种：一是主动型串口设备联网，就是每次数据交换之前，都是由串口WIFI模块设备主动发起连接，然后再进行数据交换；二是被动型串口设备联网，就是在每次数据交换之前，所有的串口WIFI模块设备都是处于等待的状态，然后服务器发起连接邀请，最后进行数据交换。

WIFI模块相当是手机与MCU之间的“中转站”，实时将“微型种植大棚”当中所测得的一些数据传输给云，如温度传感器测得的温度，湿度传感器测得“大棚”中所含水量的多少，同时也能将手机APP中的一些设置传输给“大棚”；在“云平台交流”中也可发送信息推送到用户的手机中，再通过WIFI模块，将发送的信息产生的功能展现在种植大棚中。

2.2 温度传感器

非接触式温度传感器，它能自动检测环境温度，当温度超过35°，系统自动启动风扇和水雾模块进行降温(图2)。

图2 温度传感器

2.3 湿度传感器

土壤湿度传感器可以根据土壤中水分的变化状况获得合理的灌溉决策——何时进行灌溉以及需要灌溉多少水等，避免灌溉过量或灌溉不足的现象出现，当土壤湿度低于10%RH则开水泵浇灌土壤增加湿度。

2.4 光照模块

光照模块自动检测环境光照强度，当光照小于10 cd则开补光灯和打开自动伸缩顶棚补光，光照在10 cd～20cd之间则关闭补光灯，光照大于20 cd则关闭补光灯和自动伸缩顶棚。其原理如图3所示。

图3 光照强度传感器

3 系统实现

本系统是一个小型的智能种植环境，从外形和功能上都接近于一种面向家庭使用的微型种植大棚，集自动浇水、补光、通风于一体，还专门安装摄像头可以远程管理和观赏。手机APP的实现，让人们可以随时随地对农场进行监测和管理，从而实现科学的精细化种植。该设计不仅适用于家庭种植，还可以用于校园或家庭的科普实践以及种植实验。系统实现实物如图4所示。

图4 系统实现图

4 结语

随着科技的发展，智能家居系统将愈加完备，远程控制的微型种植大棚可以更快地融入智能家居系统。在家中不足1 m2的小地方，随时可以种植新鲜蔬菜和花卉，环保、卫生、绿色，亲近大自然，可与家人一起播种，收获。本设计让大家拥有属于自己园圃的同时，在微型种植大棚上增加上WiFi监控模块，可控性强，对于在外地的工作者也可以轻松地管理家中菜园，不受季节限制，告别水、空气、土壤污染。本作品实现智能控光、智能控温、智能控湿、远程控制等功能，具有一定的市场竞争力。