温室土壤温湿度无线信息采集与监控系统的设计与实现

摘要

在大型温室大棚中，种植物的生长，产量与土壤环境的温湿度有很大关系。目前对土壤温湿度的控制，主要是种植者依靠平时的种植经验积累，采取漫灌和通风等措施进行人工控制，随意性很大，对温湿度很难严格控制，更难以及时有效的控制。本文介绍了一个用于农业生产中的温室土壤温湿度无线信息采集与控制系统。该测控系统由下位机和上位机两部分组成，下位机采用太阳能供电，能不断采集土壤的温湿度并向上位机无线传输，同时可以根据采集的温湿度数据自动打开电磁阀和通风装置，对土壤的温湿度进行自动调节；通过上位机可以获得实时的温湿度数据并画出其变化曲线，同时上位机也可以向下位机无线传输控制参数。
　　 文章首先对选题的背景、意义进行了分析，并介绍了目前国内外大棚温室土壤温湿度监控系统的发展状况，分析了目前已经存在的土壤温湿度监控系统存在的问题，提出了一个较为可行的设计方案。在该方案中选用了应用于下位机的高性能单片机stc11f32作为整个监控系统的核心。STC11/10系列单片机是台湾宏晶科技公司生产的一种高速低功耗且抗干扰能力超强的单片机，并能完全兼容mcs51单片机。选用的传感器为全数字温湿度传感器模块db170，DB170数字温湿度传感器探头是数字温湿度传感器系列中电缆型的传感器。该传感器把传感元件和信号处理集成起来，输出全标定的数字信号。DB170采用世界先进的温湿度传感器为核心部件，确保产品具有极高的可靠性与长期稳定性。选用了用于无线数据传输的无线跳频收发芯片APC220-43。APC220无线模块能进行透明的数据传输，并且与Mcu的接口电路易于设计，同时还具有低功耗，强抗干扰，无线传输距离远，易于使用的特点。文章最后也介绍了显示及控制电路。整个系统实现了温湿度数据的采集、下位机与上位机之间的数据双向传输。该系统设计结构简单，采用无线数据传输，太阳能供电，无需布线，避免田间布线给种植作业带来的不便，完全避免线路引起的系统故障，同时测量准确、可靠性高，节能环保。
　　 该系统设计主要做了一下几个方面的工作：一是确定系统总体方案设计与论证，包括本系统要实现的功能以及技术指标设计原则等，并简要介绍系统的模块构成和工作原理；二是要进行整个系统的硬件电路设计制作调试；三是整个软件系统的开发，包括上位机软件和下位机软件。
　　 该系统应用到的技术丰富，如I2C总线的编程，无线模块的应用，各种中断技术的应用，上位机面向对象软件的设计开发等。整个系统融合了各种技术，最终设计了一个切实可行的土壤温湿度信息无线采集与监控系统，具有广泛的应用前景。