草莓大棚光照及温湿度无线监控系统设计

摘要

应保定草莓电子研究所邀请，顺应“互联网+”新形式的驱使，设计一种环境智能监控系统应用于草莓温室大棚生长环境中。众所周知，草莓大棚中空气温湿度、土壤湿度和光照强度等作为草莓大棚内重要的生长因素，很大程度上影响着植株的生长。传统草莓大棚环境参数都是人工利用现场仪器进行实地测量，并且通过人工操作改变草莓温室大棚内环境参数，大大增加了人工劳动的投入。伴随着“互联网+农业”的提出，人工智能化的管理监控方式将逐渐取代传统的人力劳动。Modbus通讯技术以标准、开发、帧格式简单、可靠等优点广泛应用在很多领域，本文基于Modbus通讯协议，设计了一种草莓大棚监控系统，可以对草莓大棚环境进行监测、调节。
　　本设计以草莓大棚环境为对象，结合Modbus传输协议特点，设计完成了主机和从机星形组网设计，其中包括从机空气温湿度采集节点、从机土壤湿度采集节点、从机光照监测节点、从机自动浇灌节点以及自动卷帘节点，完成了上位机与主控端对接程序设计，实现了实时数据在上位机显示等功能。采用CC1101无线射频模块实现了主机和从机在433MHz数据之间的传输；空气温湿度采集节点采用的是AM2321数字温湿度传感器直接与单片机进行连接；土壤湿度传感器采集节点采用的是FC-28型湿度传感器直接与从机微控制器连接；光照强度检测采用线性输出的硅光电池；自动控制单元通过主机向从机发送指令，控制继电器的闭合达到控制水泵和卷帘的开启和关闭。
　　本设计选择在实验室环境下进行系统测试，通过系统测试得出：空气温度采集范围是5-50℃，空气湿度采集范围是25％RH-90%RH，土壤湿度采集范围是20%RH-90%RH，主机与从机节点通过无线收发数据可靠传输距离约为81米。通过几次实验测试，基于Modbus通讯协议进行星形组网实验获得成功并且能够稳定运行，可应用到草莓大棚监控系统，为后续农业科学研究奠定基础。

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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 论文研究的内容

第2章 系统方案设计

2.1 Modbus技术特点概述

2.2 Modbus网络拓扑分析

2.3 系统结构方案设计

2.4 本章小结

第3章 系统硬件设计

3.1 系统硬件分析

3.2 空气温湿度采集模块

3.3 土壤湿度采集模块

3.4 光照强度采集模块

3.5 自动控制模块

3.6 通讯模块

3.7 电源模块

3.8 PCB设计

3.9 本章小结

第4章 软件程序设计

4.1 系统编译环境

4.2 节点程序设计

4.3 上位机监控界面设计

4.4 本章小结

第5章 组建系统网络

5.1 Modbus星形组网分析

5.2 主、从结构程序实现

5.3 从机节点加入网络分析

5.4 上位机与RS-232对接设计

5.5 本章小结

第6章 系统测试及结果分析

6.1 主从节点通讯测试

6.2 星形组网通讯测试

6.3 主机与上位机通讯测试

6.4 本章小结

第7章 总结

参考文献

致谢