一种智能大棚监控系统的设计

据 分 析 与 处 理 ，并 将 处 理 信 息 反 馈 给 基 站 来 控 制 外 设 ，以 改 变 棚 内 作 物 的 生 长 环 境 ，实 现 大 棚 环 境 的 智 能 调 节 和
预 警 功 能 。该 系 统 集 监 、控 、管 于 一 体 ，实 现 了 对 作 物 生 长 环 境 的 智 能 化 控 制 和 大 棚 作 物 的 科 学 管 理 ，满 足 作 物
接收到该控制指令，然后再通过无线模块将控制指令
发送给各个大棚基站。语音呼叫可实现预警功能，其
原理图如图 3 所示。
图 3 位机原理图 Fig． 3 The diagram of the host computer
3 系统软件设计
3． 1 数据处理 该系统中数据处理软件主要用 C 语言编写，数据
处理的流程如图 4 所示。 其功能是完成数 据 的 采 集 、处 理 和 保 存 传 输 。 通
图 1 系统原理框图 Fig． 1 The system diagram
2 硬件系统设计
监控系统的硬件主要由大棚基站控制系统和上 位机系统组成。 2． 1 大棚基站控制系统
大棚基站控制系统以 32 位嵌入式微处理器为核 心（ LM3S1138） ，由无线数据采集子系统、外围控制电 路子系统、语音子系统等组成。无线数据采集子系统
1 系统介绍
监控系统主要由 3 个部分组成： 控制中心、上位 机和大棚基站。首先，系统通过大棚基站内的无线传 感器节点对棚内的各环境参数进行采集 （ 如温度、湿 度、光强、二氧化碳浓度等） ［5］，经过数据处理，通过无 线传输给上位机； 上位机通过串口，将数据发送给控 制中心，控制中心通过自适应控制算法对数据分析比 较，并 发 出 相 应 的 控 制 指 令。 这 些 控 制 指 令 经 串
2． 2 上位机系统
过这些的数 据 处 理，发 出 相 应 的 控 制 指 令，目 的 是 改
上位机系统主要由嵌入式微处理器、无 线 模 块、 变基站的外围设备来保证最佳的棚内环境。
串口模块和语音呼叫模块组成，负责接收大棚基站的
数据，并通过串口与控制中心进行通信。控制中心经
过数据处理，发出相应的控制指令。上位机通过串口
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图 4 数据处理流程图 Fig． 4 The diagram of data process
2011 年 9 月
农机化研究ຫໍສະໝຸດ 第9 期3． 2 基于 PC 的图形界面设计 该系统的操作是在控制中心的控制界面上完成
的，在系统的控制上，采用了高度集成的全 GUI 控制 方式，如图 5 所示。在人机控制界面上，只要点击鼠 标即可完成操作，简单易上手，适合用户使用。
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农机化研究
第9 期
由多个无线传感器网路节点构成，实现了多点实时采 集大棚内的环境参数。当控制中心把基站设定为自 动控制方式 时，基 站 把 接 收 到 的 数 据 进 行 处 理，并 与 系统内部设 定 的 参 数 进 行 比 较，发 出 控 制 指 令，对 外 围控制电路子系统进行控制（ 包括换气扇、灌溉网络、 采光子系统等） ，从而改变大棚内的环境参数，并把采
稳 产 、高 产 、高 效 益 的 现 代 农 业 要 求 。
关键词： 智能监控； LM3S1138； 自动化控制； 大棚
中图分类号： S625． 5 + 1
文献标识码： A
文章编号： 1003 － 188X（ 2011） 09 － 0100 － 03
0 引言
作为一个农业大 国 ，中 国 自 主 研 究 开 发 具 有 气 候 适应性强、低 成 本、低 能 耗、使 用 与 维 护 方 便、系 统 可 扩展性好的设施农业环境自动监控系统是一项极有 意义的工作［1］。通常，种植环境的温度、湿度、光照度 等环境因子很大程度上影响了作物的生长。目前，国 内农业大棚 研 究 工 作 者 对 大 棚 的 温 度、湿 度、光 照 以 及二氧化碳等的调节与控制进行重点研究，取得了重 大科技成果。由于他们研究内容往往是针对某一个 或多个参数，而把大棚的各种参数组合为一个整体进 行系统研究的，国内外工作者对此研究较少［2 － 4］。基 于上述原因，本文设计了一种用于智能大棚的监控系 统。该监控系统的机电设备由一套高度自动化控制 系统来控制。该系统可利用更少的能源消耗获得更 多的经济、社会效益。
集到的大棚内的环境参数反馈给控制中心。当控制 中心设定基站为手动控制时，控制中心可以通过对基 站地址的设定来选择对哪个基站进行控制操作，通过 发送控制指令对基站大棚内的外围控制电路子系统 控制。大棚基站原理框图如图 2 所示。
图 2 大棚基站原理框图
Fig． 2 The diagram of the greenhouse base station
收稿日期： 2010 － 11 － 24 基金项目： 国家中小企业创业基金项目（ 09C26213103647； AL2009020；
AA2209034 ） 作者简介： 隋会静（ 1985 － ） ，女，山东威海人，在读研究生，（ E － mail）
huijinglove1314@ 163． com。 通讯作者： 杨永杰（ 1969 － ） ，男，江苏南通人，副教授，硕士生导师。
2011 年 9 月
农机化研究
第9 期
一种智能大棚监控系统的设计
隋会静，吕东华，林贤贤，杨永杰
（ 南通大学 电子信息学院，江苏 南通 226007）
摘 要： 采 用 先 进 的 传 感 器 技 术 和 控 制 技 术 ，设 计 了 一 种 经 济 型 的 智 能 大 棚 监 控 系 统 。 通 过 自 适 应 算 法 进 行 数
口通信到达上位机，上位机再经由无线模块发送给大 棚基站。基站接到控制指令后，对棚内的外围电气设 备进行相应的控制，从而改变棚内的环境参数； 如果 在设定的时间内没有接到控制中心的控制指令，大棚 基站则会通过与内部设定的环境参数进行比较，对相 应的电气设备进行控制操作。用户还可以在控制中 心人工地对各个大棚内的电气设备进行控制，使大棚 内达到一个植物最佳的生长环境。上位机和基站、基 站和基站之间还可以进行语音呼叫，使用户可以随时 和各棚内的工作人员联系，了解基站的运作状况。系 统框图如图 1 所示。