温室大棚无线温湿度监测系统设计

托普物联网针对大棚种植研发了温室大棚无线温湿度监测系统，精准测量大棚的温湿度，减少种植难度，促进农业发展。

随着我国国民经济的发展，人民生活水平日益提高，温室农业得到了迅速发展。现有的温室数据采集系统大多是采用人工值守或有线采集方式，人工方式加大了工作量而且监测效率低; 有线数据采集的监测系统受地理位置、物理线路和复杂环境因素的影响具有明显的局限性。在温室系统中，温度和湿度的变化对农作物影响最为显著。因此，快速、准确地检测温室大棚的温度和湿度具有重要的现实意义。为此，托普物联网设计无线温湿度在线监测系统，通过该系统可以对环境温度、湿度进行实时监测和自动控制，并利用报警器进行超限报警及相应的处理，以克服传统方式局限性，为远程监测温湿度环境提供了有力的手段。

1 系统组成及工作原理

系统硬件结构由两部分组成: 远程终端节点和监控中心。远程终端节点由温湿度传感器、ATMEGA48单片机、nRF905 无线收发模块、控制电路等构成。监控中心主要包括监控计算机和主控单片机。系统硬件组成框图如图1、图2 所示。

图1 远程终端检测节点

图2 监控中心

远程终端节点安装在温室大棚室内，以单片机为核心，负责对温度、湿度进行测量、控制，传感器检测到现场数据经单片机处理后，经过无线收发模块发送到监控中心，同时与用户设定的系统阈值进行比较，如果超过阈值则进行报警，控制温湿度调节设备的启停。节点通过键盘可设置 nRF905 的地址，监控中心通过地址来区分各个节点的温湿度信息，监控上位机软件设置了 100 个节点。监控中心主要通过接收远程终端节点传送的数据对温室进行实时监测，应用 RS232 将数据传输至 PC 机，实时显示温湿度信息及记录温湿度数据。

2 系统硬件结构设计 2. 1 传感器电路

本研究的温湿度检测采用数字一体化 SHT10传感器。SHT10 应用串行通信直接将数据传输至单片机，因此只需 2 条 I/O 口线，分别作为数据线 DATA 和 时钟线 SCK，DATA 的状态在串行时钟 SCK 的下降沿之后发生改变，仅在 SCK 的上升沿有效。在数据传输期间，当 SCK 为高电平时，DATA 数据线上必须保持稳定状态。与传统的测量系统相比，不需要 A/D 转换电路和放大电路，简化了传感器与单片机之间的接口，并且提高系统的稳定性和减小系统的功耗。 2. 2 无线数据传输电路

为实现终端节点与监控系统之间的无线通讯，本研究采用一对 nRF905射频模块进行数据的无线发送和接收。nRF905 内置了完整的通信协议和 CRC 校验 电路，并且由片内硬件自动完成曼彻斯特编码/解码，因此只需通过 SPI 总线就能实现与单片机之间的数据传输。 2. 3 报警和执行机构

报警应用 12 V 有线声光报警装置，声光交替，声音 110 dB，以引起注意。执行机构包括降温( 风冷) 、升温( 150 W 灯泡) 、加湿器和干燥器。执行机构

模块均采用继电器控制，由单片机 I/O 口输出控制信号，经光耦隔离，驱动继电器，以提高系统的抗干扰能力。电路如图 3 所示。

图3 继电器驱动

图4 RS232通信电路

2. 4 单片机系统

节点控制器和主控制器单片机系统均采用 AVR公司生产的 ATMEGA48。单片机系统包括晶振、复位、显示及按键扫描和 RS232 串行通信等。单片机与 PC 的串口进行通信，中间需接有电平转换芯片，该系统采用 MAX232 电平转换芯片，其连线示意图如图4 所示。温湿度是一个缓慢变化过程，实时性要求不是很高，

因此系统晶振采用 11. 0592M，为 RS232 提供准确波特率。复位采用上电自动复位和看门狗复位，提高系统的稳定性。显示电路采用太阳人公司生产的SMS0403显示，SMS0304 是4 位段式 LCD，每一位都对应一个字节的显示码，当 CLK 一个的上升沿( 或下降沿) 到来时，单片机将显示码送DATA，每一个时钟周期发送一位显示码，发送 8 次完成 LCD 一位数字的显示。按键采用独立式，负责设置温湿度的上、下限值。单片机系统电路如图 5 所示( 节点无需 RS232 通信) 。

图 5 单片机系统电路

3 系统软件设计

系统软件包括节点和监控中心两部分。节点部分主要由数据采集子程序、无线传输子程序、显示及键盘扫描子程序、报警和执行设备子程序等组成。节点上电后，系统先将各个模块初始化，设置节点地址，再调用数据采集子程序，保存采集的温湿度信息，然后调用无线传输子程序。将数据发送至监控中心，数据的第一个字节为该节点的地址，因此可以设置 256 个节点。监控中心分下位机和上位机。下位机完成两个功能，接收各节点的数据和将数据传输至上位机( PC

机)，因此软件由无线传输子程序和 RS232 串行口通信子程序组成。下位机首先初始化 nRF905 模块和RS232 模块，设置 SPI 传输模式和 RS232 的波特率等，再调用 nRF905 无线传输子程序，按照节点地址将数据保存起来，然后通过 RS232 将数据发送至 PC 上位机。上位机主要完成监控功能，数据监控界面采用VB6. 0 编程，实现在室内即可同时监测各个节点的温湿度，同时可设置各节点的上、下限阈值，如图 6 所示。

图 6 数据监控界面

5、关于坚持的名言，

你既然期望辉煌伟大的一生，那么就应该从今天起，以毫不动摇的决心和坚定不移的信念，凭自己的智慧和毅力，去创造你和人类的快乐。——佚名 6、最可怕的敌人，就是没有坚强的信念。——罗曼·罗兰 7、只要持续地努力，不懈地奋斗，就没有征服不了的东西。——塞内加 8、无论是美女的歌声，还是鬓狗的狂吠，无论是鳄鱼的眼泪，还是恶狼的嚎叫，都不会使我动摇。——恰普曼 9、书不记，熟读可记；义不精，细思可精；惟有志不立，直是无着力处。——朱熹 10、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 11、坚强的信念能赢得强者的心，并使他们变得更坚强。——白哲特 12、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。——佚名 13、立志不坚，终不济事。——朱熹 14、富贵不能淫，贫贱不能移，威武不能屈。——孟子 15、关于坚持的名言，意志目标不在自然中存在，而在生命中蕴藏。——武者小路实笃 关于坚持不懈的50条励志名人名言 16、意志若是屈从，不论程度如何，它都帮助了暴力。——但丁

17、只要有坚强的意志力，就自然而然地会有能耐、机灵和知识。——陀思妥耶夫斯基 18、功崇惟志，业广惟勤。——佚名 19、能够岿然不动，坚持正见，度过难关的人是不多的。——雨果 20、立志用功如种树然，方其根芽，犹未有干；及其有干，尚未有枝；枝而后叶，叶而后花。——王守仁 21、谁有历经千辛万苦的意志，谁就能达到任何目的。——米南德 22、不作什么决定的意志不是现实的意志；无性格的人从来不做出决定。——黑格尔 23、执着追求并从中得到最大快乐的人，才是成功者。——梭罗 24、有了坚定的意志，就等于给双脚添了一对翅膀。——乔·贝利 25、有百折不挠的信念的所支持的人的意志，比那些似乎是无敌的物质力量有更强大的威力。——爱因斯坦