一种基于ARM的无线蔬菜大棚智能系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于ARM的无线蔬菜大棚智能系统，包括复数个设置于蔬菜大棚中的用以数据检测和输出控制的下位机与一用以数据显示、数据设定与数据传送的上位机；所述下位机包括单片机以及与其相连的控制模块、液晶显示模块、报警模块、A/D转换模块与无线通信模块；A/D转换模块还与温度检测模块、湿度检测模块、光照强度检测模块以及二氧化碳浓度检测模块相连；所述上位机包括单片机以及与其相连的无线通信模块、显示模块、报警模块、按键模块以及用以与PC机通信的PC控制器。本实用新型专利技术提供的系统通过实时监测采集蔬菜大棚的栽培环境，使蔬菜内部的各参量指标符合蔬菜的最佳生长环境要求，以保证蔬菜的正常增长和降低人工监控、提高经济效益。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及温室系统领域，特别是一种基于ARM的无线蔬菜大棚智能系统。
技术介绍
近年来，我国农业温室生产的现代化改革一直在推进，要想提高农业生产效率，除了机械设备的更新，对自然环境的掌握、对农作物的现代化管理同样是节约人力资源、提高作物产量的重要手段。我国在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006━2020年）》中明确将中农业精准作业与信息化作为重点领域和优先主题。在现在的中国，农民经常步行几公里到田间地头查看作物的温度、光照、土壤湿度、土壤酸碱度、CO2（二氧化碳）浓度等信息。由于步行距离远就只能隔三差五地去，这样就不能及时快速的了解信息，耽误了对作物的黄金管理时间。尤其在南方像温室蔬菜大棚，花卉苗圃园区这些高投入、高集中率、高产出、高价格并且对生长环境要求比较高的产品，如果不能及时快速地收集观测到它的生长信息并作出调整，作物一旦面临土壤酸碱度失调，光照不足，土壤干旱等问题作物的生长周期就可能延长，生产成本就可能增加。更加严重的情况是在冬天，中国传统的方式就是白天人员隔几个小时人工巡查一次，但是在夜间温度比白天下降的更快，温度变化更加难以估测，尤其是夜间人员需要休息，如果发生意外短短的几个小时的低温没有及时调整就可能导致整个大棚内的作物全部冻死或者大幅的减产，造成几万元甚至十几万元的损失。对于菜农来说损失将是无法弥补的。目前，日本、美国以及荷兰和以色列等国的农业温室监测系统已经比较先进，在中国台湾地区，一些珍贵的苗圃花卉园区也开始引入现代化的监测管理系统。但是这些设备大都类似于总线型工业控制系统，设备价格高昂；布线繁琐；而且需要特别订制的温室骨架做支持；只适合公司化、集团化的高投资建设生产。而中国当前温室发展状况是，以家庭为单位建设温室、每户温室数量较少、可投入资金相当有限，而传统的基于RS485和总线的温室监控系统布线复杂、成本高昂。随着WSN技术的发展，设计一套从经济成本上、安装部署效率、使用习惯上都适合中国温室农民的远程无线监测系统，对于实现农业精准作业、提升人员管理效率、提高生产力对于中国目前的温室农户和国家农业现代化推广来说具有非常重要的意义。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的目的是提供一种基于ARM的无线蔬菜大棚智能系统，通过实时监测采集蔬菜大棚的栽培环境，使蔬菜内部的各参量指标符合蔬菜的最佳生长环境要求，以保证蔬菜的正常增长和降低人工监控、提高经济效益。本技术采用以下方案实现：一种基于ARM的无线蔬菜大棚智能系统，包括复数个设置于蔬菜大棚中的用以数据检测和输出控制的下位机与一用以数据显示、数据设定与数据传送的上位机；所述下位机包括单片机以及与其相连的控制模块、液晶显示模块、报警模块、A/D转换模块与无线通信模块；所述A/D转换模块还与温度检测模块、湿度检测模块、光照强度检测模块以及二氧化碳浓度检测模块相连；所述上位机包括单片机以及与其相连的无线通信模块、显示模块、报警模块、按键模块以及用以与PC机通信的PC控制器。进一步地，所述上位机中的单片机为STM32单片机。进一步地，所述下位机中的单片机为STC89C52单片机。由于下位机需要较大的存储量，因此选择一个数据和程序容量较大的单片机，就不用扩展数据和程序存储器。经过权衡各种控制器芯片，最终采用STC89C52单片机作为核心控制器。该单片机有较强的指令寻址和运算功能，算术运算功能强，软件编程灵活，易于实现人机对话，可以用软件简单地实现算法和逻辑控制、成本较低。且其外围电路比较复杂，抗干扰能力较理想，性价比高，容易烧写程序。所述STC89C52单片机是一款8051的MCU，包含16/32/64kBFlash和1024字节的数据RAM。进一步地，所述温度检测模块包括一用以采集温度值的温度传感器；所述湿度检测模块包括一用以采集湿度的湿度传感器；所述光照强度检测模块包括一用以采集光照强度的光照强度传感器；所述二氧化碳浓度检测模块包括一用以采集二氧化碳浓度的二氧化碳传感器。进一步地，所述光照强度传感器为BH1750；所述二氧化碳传感器为MG811；所述温度传感器与湿度传感器为温湿度复合传感器，所述温湿度复合传感器为DHT11。进一步地，所述控制模块包括有温度输出控制电路、湿度输出控制电路、二氧化碳浓度输出控制电路；所述温度输出控制电路、湿度输出控制电路以及二氧化碳浓度输出控制电路均包括一用以实现开关控制的继电器；所述光照强度控制电路包括一用以表示光照强度的LED灯。下位机的单片机I/O口通过光耦输出控制继电器开关作用，实现对输出端器件的控制；另外该单片机通过ULN2003的控制提高输出带载能力，实现单片机对LED灯的PWM控制亮暗程度。进一步地，所述无线通信模块为NRF24L01微功率无线通信模块，该模块为Nordic公司的NRF24L01芯片，2.4G全球开发ISM频段免许可证使用，最高工作速率达2Mbps，125频道满足多点通信和跳频通信需要，体积小巧约31mm*17mm，高效GFSK调制，抗干扰能力强，特别适合无线音视频传输、工业控制领域等需要较大传输速率的无线通讯需求。进一步地，所述上位机与下位机均包括一用以提供5V电源的电源模块，所述电源模块包括三段稳压器7805、二极管、电容以及电阻。由于变压器可产生12V左右的辅助交流电，辅助电源的输入端电源由12V变压器的辅助线圈提供，经过整流桥D整流后分别经电容C1、C2和电容C5、C6滤成平稳的12V作为三端稳压器LM7805的输入电源，三端稳压器LM7805的输出端经过电容C3、C4和电容C7、C8滤波后就可得到5V的稳定直流电压，该5V电压可作为单片机和LCD显示屏等供电。在本技术中，一种基于ARM的无线蔬菜大棚智能系统的实现方法，包括以下步骤：步骤S1：下位机中采用传感器采集当前蔬菜大棚中的光照强度、湿度、温度以及二氧化碳浓度数据，采集到的数据通过A/D转换模块输入单片机处理后在显示模块显示相应的数据，并通过无线通信模块发送给上位机；步骤S2：所述上位机通过无线通信模块接收下位机发送的数据信号，在显示模块显示相应的数值，所述上位机中的单片机将接收到的数值与设定的数值进行比较，若接收到的数值与设定的数值不相等，则所述上位机中报警模块发出报警，并且通过无线通信模块发送控制信号给所述下位机，通过PC控制器将数据发送给PC机实现保存和记录数据；步骤S3：所述下位机的无线通信模块接收控制信号，并将控制信号传输至所述下位机中的单片机，所述单片机实现对所述下位机中的控制模块的输出控制。因此，本技术中上位机可通过分时接收下位机的通信信号，并且进行相应的分析和处理，最终实现ARM主控器对多下位机系统的控制。与现有技术相比，本技术提供的系统通过实时监测采集蔬菜大棚的栽培环境，使蔬菜内部的各参量指标符合蔬菜的最佳生长环境要求，以保证蔬菜的正常增长和降低人工监控、提高经济效益。附图说明图1是本技术的系统电路模块示意图。图2为本技术的下位机电路模块示意图。具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ARM的无线蔬菜大棚智能系统，其特征在于：包括复数个设置于蔬菜大棚中的用以数据检测和输出控制的下位机与一用以数据显示、数据设定与数据传送的上位机；所述下位机包括单片机以及与其相连的控制模块、液晶显示模块、报警模块、A/D转换模块与无线通信模块；所述A/D转换模块还与温度检测模块、湿度检测模块、光照强度检测模块以及二氧化碳浓度检测模块相连；所述上位机包括单片机以及与其相连的无线通信模块、显示模块、报警模块、按键模块以及用以与PC机通信的PC控制器。

【技术特征摘要】
1.一种基于ARM的无线蔬菜大棚智能系统，其特征在于：包括复数个设置于蔬菜大棚中的用以数据检测和输出控制的下位机与一用以数据显示、数据设定与数据传送的上位机；所述下位机包括单片机以及与其相连的控制模块、液晶显示模块、报警模块、A/D转换模块与无线通信模块；所述A/D转换模块还与温度检测模块、湿度检测模块、光照强度检测模块以及二氧化碳浓度检测模块相连；所述上位机包括单片机以及与其相连的无线通信模块、显示模块、报警模块、按键模块以及用以与PC机通信的PC控制器。
2.根据权利要求1所述的一种基于ARM的无线蔬菜大棚智能系统，其特征在于：所述上位机中的单片机为STM32单片机。
3.根据权利要求1所述的一种基于ARM的无线蔬菜大棚智能系统，其特征在于：所述下位机中的单片机为STC89C52单片机。
4.根据权利要求1所述的一种基于ARM的无线蔬菜大棚智能系统，其特征在于：所述温度检测模块包括一用以采集温度值的温度传感器；所述湿度检测模块包括一用以采集湿度的湿度传感器；所述光照强度检测模块包括一用以采集光照强度...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴瑞坤，倪振松，黄军强，张荣光，曾福昌，林玉女，
申请(专利权)人：福建师范大学福清分校，
类型：新型
国别省市：福建;35