一种智能温室大棚监控系统的设计.pdf

26 27 科技资讯 SCIENCE TECHNOLOGY INATION 科技资讯 2020 NO 06 SCIENCE TECHNOLOGY INATION 信 息 技 术 DOI 10 16661 ki 1672 3791 2020 06 026 一种智能温室大棚监控系统的设计 乔占通 赵娟 荆楚理工学院电子信息工程学院 湖北荆门 448000 摘 要 随着物联网技术的发展 智能温室大棚的应用越来越普遍 主要是利用无线通信技术 无线识别技术和智能处 理技术实现对植物生长环境的全面感知 可靠传输和智能处理 该文所设计的基于ZigBee技术的智能温室大棚监控系统 能够对棚内植被进行温湿度 营养成分和光照强度等参数进行有效监控 再通过ZigBee技术奖数据汇聚到协调器 协调 器将数据传给控制中心 从而实现自动施肥 自动浇水 自动除湿等功能 关键词 智能温室大棚 ZigBee技术 温湿度监控 中图分类号 S625 3 文献标识码 A 文章编号 1672 3791 2020 02 c 0026 02 植物生长与阳光 水分和营养有着密切关系 合适的 环境能够大幅度提高植物生长周期和产量 智能大棚无疑 是可以实现这种环境的 主要通过短距离传输协议ZigBee 的组网 温湿度采集和上位机程序设计 及时对大棚内环 境 进 行 相 应 调 整 达 到 最 佳 状 态 实 现 经 济 可 靠 高 效 的 温湿度监控 为解决大棚温湿度监控系统设计提供参考 方案 1 系统整体方案 该设计采用传感器感知环境 ZigBee协议传输数据 单片机作为控制中心 根据农作物需求设置报警装置 从 而实现智能化处理 系统主要包含温度采集模块 数据汇 聚和传输模块 实时监控模块几个部分 首先通过各个节 点对温湿度进行数据采集 然后汇聚控制中心 控制中心 接收到数据后和设定的阈值进行比较 如果超出设定范 围则报警 并找出解决方案 再通过控制中心传给各个端 口采取相应的解决措施 如果数据正常再通过控制中心汇 聚到路由器 并进行相应传输 再通过协调器串口把数据 传送到电脑终端 利用ZigBee的自组网和多网络节点功能特点 智能大 棚在扩展时很容易实现温湿度的监控问题 该设计采用 CC2530芯片作为智能大棚的温湿度监控系统的控制核 心 DHT11芯片进行温湿度传感器进行采集数据 通过上 位机把采集的数据实时地显示并保存 再通过协调器节 点进行数据汇聚并通过上位机进行处理后传输给用户终 端 该设计要求数据传输距离有障碍时在10 100m范围 内 无障碍时在200m以上 温湿度传感器的误差范围小于 等 于 1 数 据 存 储 时 间 以 7 d 为 周 期 进 行 报 警 通 过 外 接音 响设备进行 2 系统硬件设计 系统硬件设计主要包括CC2530控制电路 传感器数 据采集电路 数据传输电路 显示电路 电源电路几个部 分 系统整体硬件电路如图1所示 内部电源是3 3V 外部 电源是5V 故需一个电源转换模块 实现5V到3 3V的转 换 温湿度采集电路采用温度和湿度复合的数字信号输 基金项目 湖北省教育厅科学研究计划项目 荆门市农谷信息化监控技术需求与顶层方案设计 项目编号 B20182 41 2018年中国农谷发展研究中心立项课题 荆门市农业信息化监控技术需求调研 项目编号 2019zg ng07 2018年中国农谷发展研究中心立项课题 互联网 农民 产业需求调研 项目编号 9zgng08 校级科研项目 基于物联网技术的智能灌溉控制系统研究 项目编号 YB201701 湖北省高校学生工作精 品项目 面向过程和成果导向的大学生学习目标规划管理 项目编号 2019XGJPB3013 教学研究项目 九渊计划 拔尖创新人才培养模式构建与实践 JX2019 008 教学研究项目 面向过程和成果导向教育 的计算机科学与技术专业实践课程教学与实践 JX2019 034 作者简介 乔占通 1997 12 男 汉族 河北邢台人 本科在读 主要从事物联网技术方向研究 赵娟 1979 1 女 汉族 河南信阳人 硕士 副教授 主要从事通信与信息系统方向研究 图1 系统硬件电路 下转28页 28 29 科技资讯 SCIENCE TECHNOLOGY INATION 科技资讯 2020 NO 06 SCIENCE TECHNOLOGY INATION 信 息 技 术 具体的可靠度的计算机算法来帮助构建计算网络可靠程 度 事实上 传统的计算机可靠度的算法是依据于不交合 算法等 但是不交合算法需要一个前提的条件 也就是计 算机网络正常运行最少部件合的数量 古人的想法是十 分明智的 甚至是已经很简洁了 但是现代的人不甘心与传 统的算法据此提出了新的算法 状态枚举法 此算法 的原理是利用计算机网络在对应标准下政策运行所有排 斥事件 同时根据公式来计算计算机网络的可靠程度 现 在随着大家对于计算机算法中众多网络状态的数目认识 我们会发现在此算法中数目的数量 在以指数的形式不断 上涨 所以采用状态枚举法对整体的网络进程的一个核 算是十分具有可靠性的 但是我们也要面对一个现实的问 题 就是它的难度伴随着算法模式的升级也有了一定的提 高 而且对于计算人员来说 算法的创新和计算强度的过 大 都不宜得出正确的算法 也不利于计算机可靠性的维 持 3 2 容斥原理法 容斥原理法的工作原理事实上它是一种计算方法 这 种算法是在先不考虑重叠情况下 然后把包含与某种内容 得所有对象的数目先计算出来 然后再把计数是重复计算 的 数 目 排 斥 出 去 在 计 算 机 网 络 的 构 建 中 容 斥 原 理 用 法 是 利用最小路集合并来消除相容事件内容 其实就是通过 实现可靠性的程度算法在一定程度上扩大计算机网络可 靠性的领域 将总体计算机的容错率拉至一个新的高度 3 3 不交积和法 不交积和法的基本工作原理是通过数学理论上的不 交积和定理方式将计算机网络的可靠度算法再度创新 总 体来看 它基本的算法思路是在将所有最小路集合并 之 后并化彼此相交而实现不交积和法在网络可靠度的整体 核算运行 这种方式 其实是在前一算法的基础上又提出 了一些完善意见 同时也为计算机网络可靠性提出更多算 法的选择 4 结语 计算机网络体系的搭建 对于推动国家在国际中的创 新地位是十分有利的 创新领导力的重要体现是在计算机 网络的开拓上 我们通过维护计算机网络可靠性来提高一 些信息的稳固性 也防止了一些损害国家的不法分子通过 计算机网络来窃取一些重要信息 在现今多元化的时代 计算机网络的可靠性早已经和每个人息息相关 我们需要 在关注自身发展的同时也应更好地关注国际中计算机网 络可靠性算法的发展 参考文献 1 谢楷琦 计算机网络可靠性的影响因素与对策探讨 J 通讯世界 2019 26 1 115 116 2 郭敦 基于计算机网络可靠性的方法学讨论 J 金陵科 技学院学报 2018 34 4 56 59 3 刘政 欧鸥 黄媛媛 等 提高计算机网络可靠性的方法研 究 J 电脑知识与技术 学术交流 2016 12 3 38 39 出传感器DHT11和ZigBee模块组成 数据传输电路采用 CC2530芯片来完成 是一种集成51单片机内核的开发板 数据接口通信电路采用CH340G芯片构成USB串口通信进 行传输 外部电路与一个晶振和几个电容电阻 智能温室大棚监控系统主要是进行温湿度检测 网 络安全传输和智能监控 首先传感器进行温湿度数据采 集 然后经过控制单片机处理后由天线发射出去 发射的 数据经过ZigBee无线传输汇聚到协调器上 协调器通过 串口与电脑进行通信 其中传感器节点是ZigBee网络终 端节点 它可以根据用户需要随意增减 系统的硬件设计 部分包括数据采集和数据传输两个部分的设计 数据采 集部分的工作是用DH11传感器采集大棚温湿度值 然后 送到CC2530单片机的发送缓冲区 数据传输部分由多个 CC2530模块 各模块把数据从发生缓冲区中经天线发生 出来 延着距离最短的路径把数据传输到协调器 协调器 汇聚各节点的数据后经串口上传到电脑 监控软件收到协 调器上传的数据后实时显示出来 3 系统软件设计 系统软件设计主要包括系统结构及流程图设计 系 统结构包括接入和接出两个过程 先给协调器上电 建立 ZigBee网络并进行相应的身份认证 再进行空闲通道扫 描 使用没有其他网络使用的空闲通道 并提供身份认真 信息 确认后即可接入网络 同时指定Cluster Tree的拓扑 参数 包括最大节点数 的幻术层数 路由表生命周期和路 由算法 任何一个节点接入网络后 可从其父节点上查自己 的物理地址 ZigBee网络地址和协调器指定的拓扑参数 同理 节点接出网络时 只需向其父节点提出请求 节点成 功地接收子节点或者子节点成功地从网络中断开时 都须 向协调器汇报 因此 协调器可以随时掌握网络的所有节 点信息 维护网络信息库PIB 网络组建过程主要包括网络初始化 主节点网络配 置 从节点入网3个过程 上位机软件设计采用Visual Basic语言进行 主要完成对每个节点信息的汇总与显示 采集到的数据通过串口读入 并创建Excel文件用来保存 数据 同时数据可以实时地显示在文本框中 为了起提醒 作用还设计了报警功能 在每个节点温湿度值后可以根据 用户需要设计相应的报警范围 4 结语 该设计采用基于ZigBee的智能温湿度监控系统 解决 了传统大棚数据采集繁琐 维护不便 传输不可靠等不利 因素 经过测试其性能良好 能够在语言环境中正常实现 程序的运行 硬件显示也正常 实现了数据的正常采集 传 输和控制 系统运行稳定 实时性和温湿度准确性达实际 应用要求 参考文献 1 任小洪 乐英高 ZigBee技术在物联网系统中的应用研 究 J 单片机与嵌入式系统应用 2011 4 10 12 2 张思俊 徐冬冬 王乐乐 等 基于ZigBee无线传感器网 络在家居电器监控中的应用 J 电脑知识与技术 2012 8 7 1500 1501 1510 3 王福平 杨国威 赵雷 基于模糊控制技术的智能节水灌 溉系统设计 J 人民黄河 2017 1 141 144 4 杜岳涛 杨娜娜 董绵绵 基于ZigBee的粮仓温湿度监测 系统设计 D 电子测试 2016 9 39 40 5 潘泽锋 徐玉菁 叶桂成 等 智能多肉植物养护系统的设 计和实现 J 无线互联科技 2017 7 50 51 上接26页