基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)智能農(nóng)業(yè)大棚

課題：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)智能農(nóng)業(yè)大棚專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)班級12物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)本作品運用有線的485通信方式與無線的ARM技術(shù)相結(jié)合的方式，智能拱棚的設(shè)計思想是利用單片機作為控制核心,利用自動化技術(shù)實現(xiàn)對大棚內(nèi)空氣溫度、空氣濕度、土壤的溫濕度、光照強度等參數(shù)的采集,并將一些重要的數(shù)據(jù)信息通過有線傳輸網(wǎng)絡(luò)在大棚內(nèi)顯示,方便工作人員及時調(diào)整預(yù)設(shè)參數(shù),同時還通過RS-485總線將采集的數(shù)據(jù)信息傳給上位機并對數(shù)據(jù)進行處理,將其直觀的展現(xiàn)給工作人員,并附有報警系統(tǒng)，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的測控，構(gòu)成智能拱棚的綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，比較準(zhǔn)確的實現(xiàn)了棚內(nèi)溫濕度、通風(fēng)時間光照時間及定時卷簾時間等的自動控制。智能拱棚的設(shè)計思想是利用單片機作為控制核心,利用自動化技術(shù)實現(xiàn)對大棚內(nèi)空氣溫度、空氣濕度、土壤的溫濕度、光照強度等參數(shù)的采集,并將一些重要的數(shù)據(jù)信息通過有線傳輸網(wǎng)絡(luò)在大棚內(nèi)顯示,方便工作人員及時調(diào)整預(yù)設(shè)參數(shù),同時還通過RS-485總線將采集的數(shù)據(jù)信息傳給上位機并對數(shù)據(jù)進行處理,將其直觀的展現(xiàn)給工作人員,并附有報警系統(tǒng)，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的測控，構(gòu)成智能拱棚的綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，比較準(zhǔn)確的實現(xiàn)了棚內(nèi)溫濕度、通風(fēng)時間光照時間及定時卷簾時間等的自動控制。設(shè)計題目基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)智能農(nóng)業(yè)大棚指導(dǎo)教師綜合閱評意見平時成績0~20材料成績0~40指導(dǎo)教師

內(nèi)容摘要物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為第三次信息產(chǎn)業(yè)浪潮，近年來已經(jīng)成為全球科技人員和政府決策部門持續(xù)關(guān)注的熱點，相關(guān)產(chǎn)業(yè)研討和學(xué)術(shù)交流如火似荼，方興未艾。從“智慧地球”到“感知中國”，各國都在積極布局物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)格局，力圖抓住物聯(lián)網(wǎng)帶動產(chǎn)業(yè)提升的戰(zhàn)略機會。本作品運用有線的485通信方式與無線的ARM技術(shù)相結(jié)合的方式，智能拱棚的設(shè)計思想是利用單片機作為控制核心,利用自動化技術(shù)實現(xiàn)對大棚內(nèi)空氣溫度、空氣濕度、土壤的溫濕度、光照強度等參數(shù)的采集,并將一些重要的數(shù)據(jù)信息通過有線傳輸網(wǎng)絡(luò)在大棚內(nèi)顯示,方便工作人員及時調(diào)整預(yù)設(shè)參數(shù),同時還通過RS-485總線將采集的數(shù)據(jù)信息傳給上位機并對數(shù)據(jù)進行處理,將其直觀的展現(xiàn)給工作人員,并附有報警系統(tǒng)，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的測控，構(gòu)成智能拱棚的綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，比較準(zhǔn)確的實現(xiàn)了棚內(nèi)溫濕度、通風(fēng)時間光照時間及定時卷簾時間等的自動控制。智能拱棚的設(shè)計思想是利用單片機作為控制核心,利用自動化技術(shù)實現(xiàn)對大棚內(nèi)空氣溫度、空氣濕度、土壤的溫濕度、光照強度等參數(shù)的采集,并將一些重要的數(shù)據(jù)信息通過有線傳輸網(wǎng)絡(luò)在大棚內(nèi)顯示,方便工作人員及時調(diào)整預(yù)設(shè)參數(shù),同時還通過RS-485總線將采集的數(shù)據(jù)信息傳給上位機并對數(shù)據(jù)進行處理,將其直觀的展現(xiàn)給工作人員,并附有報警系統(tǒng)，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的測控，構(gòu)成智能拱棚的綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，比較準(zhǔn)確的實現(xiàn)了棚內(nèi)溫濕度、通風(fēng)時間光照時間及定時卷簾時間等的自動控制。智能拱棚改善了傳統(tǒng)的蔬菜種植者依靠種植經(jīng)驗對蔬菜生長進行模糊管理的缺陷，提高了測控精度和控制相應(yīng)開關(guān)設(shè)備的及時性，降低了工人的勞動強度，實現(xiàn)了根據(jù)外界條件精確的種植蔬菜。智能拱棚控制系統(tǒng)實現(xiàn)了環(huán)境數(shù)據(jù)及作物相關(guān)信息的精確釆集，并根據(jù)釆集信息控制相應(yīng)設(shè)備，達到對作物生長條件的精準(zhǔn)控制,提高了勞動力效率、蔬菜質(zhì)量和產(chǎn)量。關(guān)鍵字：485通信ARM技術(shù)智能化精準(zhǔn)控制目錄第一章智能農(nóng)業(yè)大棚遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) 11.1智能大棚的產(chǎn)生和定義 11.1.1智能大棚的產(chǎn)生 11.1.2智能溫室大棚的定義 21.2物聯(lián)網(wǎng)智能大棚的主要功能及特點 31.2.1物聯(lián)網(wǎng)智能大棚的主要功能 31.2.2智能大棚的主要特點 51.3物聯(lián)網(wǎng)智能大棚的發(fā)展趨勢 5第二章物聯(lián)網(wǎng)智能大棚的基本結(jié)構(gòu) 72.1溫室主體結(jié)構(gòu) 72.2性能指標(biāo) 7第三章系統(tǒng)實現(xiàn)原理 83.2系統(tǒng)具體包括部分 83.3系統(tǒng)的具體工作流程： 9第四章硬件設(shè)計 104.1主要元器件清單： 104.2原理圖： 10第五章軟件設(shè)計 145.1軟件設(shè)計要求 145.2系統(tǒng)測試及結(jié)果 17第六章程序源碼 276.1CortexM4模塊的部分代碼 276.2單片機系統(tǒng)（部分代碼） 306.3VB上位機系統(tǒng)（部分代碼） 35致謝 39參考文獻 40PAGE39第一章智能農(nóng)業(yè)大棚遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)隨著經(jīng)濟的發(fā)展,現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的研究越來越受到重視。在蔬菜種植方面,保溫大棚己經(jīng)成為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的重要組成部分，它在普通溫室大棚的基礎(chǔ)上,結(jié)合計算機自動控制技術(shù)，實現(xiàn)了大棚的髙度智能化。它的原理是對影響作物生長的環(huán)境參數(shù)進行檢測采集并進行相關(guān)信息的顯示，方便工作人員及時了解蔬菜生長相關(guān)信息，并通過中央計算機對采集信息進行處理；控制相應(yīng)的開關(guān)設(shè)備,實現(xiàn)智能拱棚的自動控制。這種技術(shù)還可根據(jù)蔬菜作物生長的最佳條件對開關(guān)設(shè)備進行預(yù)設(shè)定,，促進了作物的高產(chǎn)，同時節(jié)約了勞動力。1.1智能大棚的產(chǎn)生和定義1.1.1智能大棚的產(chǎn)生智能大棚是自動化控制程序用于在溫室大棚智能控制的結(jié)果：智能化控制系統(tǒng)應(yīng)用到大棚種植上，利用最先進的生物模擬技術(shù)，模擬出最適合棚內(nèi)植物生長的環(huán)境，采用溫度、濕度、CO2、光照度傳感器等感知大棚的各項環(huán)境指標(biāo)，并通過微機進行數(shù)據(jù)分析，由微機對棚內(nèi)的水簾、風(fēng)機、遮陽板等設(shè)施實施監(jiān)控，從而改變大棚內(nèi)部的生物生長環(huán)境。比較人工的控制來說，智能控制最大的好處就是能夠相對恒定的控制大棚內(nèi)部的環(huán)境，對于環(huán)境要求比較高的植物來說，更能避免因為人為因素而造成生產(chǎn)損失。相對生產(chǎn)來說，將智能化控制系統(tǒng)應(yīng)用到大棚生產(chǎn)以后，產(chǎn)量與質(zhì)量比人工控制的大棚都有極大的提高，對于不同的種植品種而言，提高產(chǎn)量與質(zhì)量相對不同，對于檔次較高的經(jīng)濟作物來說，生產(chǎn)效率可以提高30%以上。相對運行成本來的核算，對于有一定規(guī)模的種植企業(yè)來說，極大的降低了勞動力成本，設(shè)備的投入與運行，可以完全由節(jié)約下來的勞動力成本中核算出來，使用時間越長，光節(jié)約的勞動力成本就是一筆巨大的利潤。智能農(nóng)業(yè)大棚的特點其主要內(nèi)容如下：(1)可控制性、可靠性強，可聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控等。(2)智能大棚主要根據(jù)檢測到的溫度、濕度、光照、肥料等因素，通過控制對應(yīng)的風(fēng)機、微噴滴灌、濕簾、遮陽網(wǎng)等執(zhí)行設(shè)備，依靠溫室智能控制和用戶設(shè)定的參數(shù)調(diào)節(jié)環(huán)境參數(shù)達到作物生長最適宜的程度。(3)根據(jù)作物不同生長階段對環(huán)境的需求不同而進行自動調(diào)節(jié)各個控制設(shè)備，知道參數(shù)達到設(shè)定要求。(4)溫室控制從環(huán)境控制因素控制可分為：單因子控制和多因子綜合控制。1.1.2智能溫室大棚的定義物聯(lián)網(wǎng)智能溫室控制系統(tǒng)采用當(dāng)前比較熱門的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、ARM嵌入式技術(shù)傳感器技術(shù)相結(jié)合的方式，精準(zhǔn)采集溫室內(nèi)部環(huán)境的各項指標(biāo)，驅(qū)動相應(yīng)執(zhí)行器件（風(fēng)扇加、濕器、加熱器）平穩(wěn)控制溫室內(nèi)部環(huán)境的變化。隨著近代科技的發(fā)展，昔日的塑料大棚正在逐步被行業(yè)淘汰，應(yīng)用各種先進科技成果的智能大棚受到市場青睞，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用著實把溫室大棚的智能性發(fā)揮到極致，下面我們就看看物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在溫室大棚項目中的應(yīng)用。

物聯(lián)網(wǎng)智能大棚，一個是農(nóng)業(yè)裝備，一個是網(wǎng)絡(luò)尖端技術(shù)，似乎并沒有著直接的聯(lián)系，近年來科研成果讓兩者成為了“你中有我，我中有你”的“親密戀人”。我們知道物聯(lián)網(wǎng)是指在計算機互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用射頻識別技術(shù)、無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)等構(gòu)造一個實現(xiàn)全球物品信息實時共享的實物互聯(lián)網(wǎng)，而物聯(lián)網(wǎng)溫室大棚我們可以簡單理解為引入了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室。

實際上，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是將各種感知技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能與自動化技術(shù)聚合與集成應(yīng)用。

在大棚環(huán)境里，單棟大棚可利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一個測量控制區(qū)，采用不同的傳感器節(jié)點和具有簡單執(zhí)行機構(gòu)的節(jié)點，如風(fēng)機、低壓電機、閥門等工作電流偏低的執(zhí)行機構(gòu)，構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)，來測量基質(zhì)濕度、成分、pH值、溫度以及空氣濕度、氣壓、光照強度、二氧化碳濃度等，再通過模型分析，自動調(diào)控大棚環(huán)境、控制灌溉和施肥作業(yè)，從而獲得植物生長的最佳條件。

對于大棚成片的農(nóng)業(yè)園區(qū)，物聯(lián)網(wǎng)也可實現(xiàn)自動信息檢測與控制。通過配備無線傳感節(jié)點，每個無線傳感節(jié)點可監(jiān)測各類環(huán)境參數(shù)。通過接收無線傳感匯聚節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)，進行存儲、顯示和數(shù)據(jù)管理，可實現(xiàn)所有基地測試點信息的獲取、管理和分析處理，并以直觀的圖表和曲線方式顯示給各個大棚的用戶，同時根據(jù)種植植物的需求提供各種聲光報警信息和短信報警信息，實現(xiàn)大棚集約化、網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程管理。

此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可應(yīng)用到大棚生產(chǎn)的不同階段。在大棚準(zhǔn)備投入生產(chǎn)階段，通過在大棚里布置各類傳感器，可以實時分析大棚內(nèi)部環(huán)境信息，從而更好地選擇適宜種植的品種；在生產(chǎn)階段，從業(yè)人員可以用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段采集大棚內(nèi)溫度、濕度等多類信息，來實現(xiàn)精細(xì)管理，例如遮陽網(wǎng)開閉的時間，可以根據(jù)大棚內(nèi)溫度、光照等信息來傳感控制，加溫系統(tǒng)啟動時間，可根據(jù)采集的溫度信息來調(diào)控等；在產(chǎn)品收獲后，還可以利用物聯(lián)網(wǎng)采集的信息，把不同階段植物的表現(xiàn)和環(huán)境因子進行分析，反饋到下一輪的生產(chǎn)中，從而實現(xiàn)更精準(zhǔn)的管理，獲得更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。1.2物聯(lián)網(wǎng)智能大棚的主要功能及特點1.2.1物聯(lián)網(wǎng)智能大棚的主要功能1.溫濕度監(jiān)測功能溫濕度采集節(jié)點配有溫濕度傳感器SHT10，實時監(jiān)測溫室內(nèi)部空氣的溫度和濕度。測濕精度可達±4.5%RH，測溫精度可達±0.5℃（在25℃）。2.光照度監(jiān)測功能光照度采集節(jié)點采用光敏電阻來實現(xiàn)對溫室內(nèi)部光照情況的檢測，其實時性強，應(yīng)用電路簡單。3.安防監(jiān)測功能當(dāng)溫室周邊有人出現(xiàn)時，安防信息采集節(jié)點便向主控中心發(fā)送信號，同時光報警。安防信息采集節(jié)點采用的傳感器為人體紅外感應(yīng)模塊，它檢測的最遠(yuǎn)距離為7米，角度在100o左右。4.視頻監(jiān)測功能這項功能由網(wǎng)關(guān)中的攝像頭來完成。攝像頭實時捕獲溫室內(nèi)部的畫面，而后通過USB接口將畫面數(shù)據(jù)傳輸給網(wǎng)關(guān)處理。我們既可以在觸屏液晶顯示器上看到溫室內(nèi)部的實時畫面，又可以通過PC機遠(yuǎn)程訪問的方式來觀看溫室內(nèi)部的實時畫面。5.控制風(fēng)扇促進植物光合作用功能植物光合作用需要光照和二氧化碳。當(dāng)光照度達到系統(tǒng)設(shè)定值時，系統(tǒng)會自動開啟風(fēng)扇加強通風(fēng)，為植物提供充足的二氧化碳。6.控制加濕器給空氣加濕功能如果溫室內(nèi)空氣濕度小于設(shè)定值，系統(tǒng)會啟動加濕器，達到設(shè)定值后便停止加濕。7.控制加熱器給環(huán)境升溫功能當(dāng)溫室內(nèi)溫度低于設(shè)定值時，系統(tǒng)便啟動加熱器來升溫，直到溫度達到設(shè)定值為止。8.局域網(wǎng)遠(yuǎn)程訪問與控制功能物聯(lián)網(wǎng)通過網(wǎng)關(guān)加入局域網(wǎng)。這樣用戶便可以使用PC機訪問物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，通過操作界面遠(yuǎn)程控制溫室內(nèi)的執(zhí)行器件，維護系統(tǒng)穩(wěn)定。9.控制參數(shù)設(shè)定及瀏覽對所要實現(xiàn)自動控制的參數(shù)（溫度、濕度）進行設(shè)置，以滿足自動控制的要求。用戶既可以直接操作網(wǎng)關(guān)界面上的按鈕來完成系統(tǒng)平衡參數(shù)的設(shè)置，又可以通過PC機或手機遠(yuǎn)程訪的方式完成參數(shù)的設(shè)置。10.顯示實時數(shù)據(jù)可顯示溫室內(nèi)部各項指標(biāo)的實時數(shù)據(jù)，便于觀察系統(tǒng)某時間段內(nèi)整體的檢測狀況。11.顯示歷史數(shù)據(jù)可顯示出溫室內(nèi)各測量參數(shù)的日、月、年參數(shù)變化，根據(jù)該曲線可合理的設(shè)置參數(shù)，可分析環(huán)境的變化對植物生長的影響。1.2.2智能大棚的主要特點CortexM4處理器強效的處理能力除了工業(yè)自動化的客觀需要外，還有許多獨特的優(yōu)點。它較好地解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟等問題。其主要特點如下：1.CortexM4處理器與485通信網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合。2.高效的ARMCortex-M4處理器核心，它具有低功耗、高達512KB的閃存和64KB的內(nèi)存、綜合類領(lǐng)先的IEEE802.15.4兼容無線、密碼學(xué)加速器和先進的防篡改檢測。3.CortexM4處理器不僅可以實現(xiàn)低功耗的目的，同時由于CortexM4處理器具有豐富的引腳和強大的數(shù)據(jù)處理能力，使得在今后的系統(tǒng)擴展中留有了很大的余地，為系統(tǒng)將來的升級做了充分的準(zhǔn)備。4.基于RS-485通信網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)最多達256個節(jié)點的多點傳輸，可以有效的抑制傳輸信號和共模干擾。5.多站互聯(lián)時，既省信號線，又便于高速遠(yuǎn)距離傳輸。RS-485總線接口配備于許多智能儀器。6.方便聯(lián)網(wǎng)，形成的小型分布式測控系統(tǒng)，具有縱向管理集中橫向控制分散的優(yōu)點。1.3物聯(lián)網(wǎng)智能大棚的發(fā)展趨勢通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實時監(jiān)控大棚內(nèi)的溫度變化。智能大棚終端產(chǎn)品也就是基于物聯(lián)智能網(wǎng)關(guān)所融合的各個網(wǎng)路通訊能力與物聯(lián)網(wǎng)智能數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)，集成環(huán)境溫、濕度智能監(jiān)控的設(shè)備。達到數(shù)據(jù)自動采集，自動報警，相關(guān)傳感及采集設(shè)備無縫擴展，使其達到農(nóng)業(yè)精細(xì)化生產(chǎn)和管理的目的。新農(nóng)業(yè)越來越火熱，農(nóng)業(yè)行業(yè)全國大棚數(shù)量已超過千萬畝，但其中80%的大棚缺乏環(huán)境監(jiān)測、監(jiān)控手段及信息化管理手段。如何讓農(nóng)戶更好的種植大棚?讓種植戶隨時能知道大棚的動態(tài)變化數(shù)據(jù)?現(xiàn)代科技——物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)講扮演越來越重要的作用！在當(dāng)下，國內(nèi)的大棚還存在很多的缺陷，解決好這些問題，也將為以后的技術(shù)奠定更好的基礎(chǔ)！不少菜區(qū)棚室群的田間布局不合理，沒有統(tǒng)一規(guī)劃，不集中成片，許多大棚和溫室長短不一，走向不一，棚室間距太小，影響采光和管理，棚室四周的溝渠道路不配套，不規(guī)范，影響排水。棚形結(jié)構(gòu)也不規(guī)范，除大中城市郊區(qū)和老菜區(qū)使用的鋼管大棚比較規(guī)范外，自制的竹木大棚，鋼管大棚，跨度不一，長度不一，棚高不標(biāo)準(zhǔn)，既影響作物種植又不利十田間作業(yè)。目前的設(shè)施表現(xiàn)為透光性不好，在作物生長的情況下，后排下部的光照強度只是上部的3.6%;冬季及早春的增溫保溫效果差，夏季遮陽降溫的效果不好，棚室內(nèi)空氣濕度大病害重;設(shè)施內(nèi)CO:在日落后逐步升高，清晨時濃度最高，日出后迅速下降，約1-2小時可降100g/L以下，接近作物COZ補償點，作物生長期COZ虧缺普遍。究其原因:首先是設(shè)施材料的規(guī)格、質(zhì)量和性能不合要求，應(yīng)用效果不好;其次是人工管理不善，如冬季覆蓋不嚴(yán)，春季通風(fēng)不便，棚室通風(fēng)不及時，方法不科學(xué)等。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)前景搭建智能種植大棚市場廣闊，且市場目前處于培育時期，待市場進入成長期、成熟期后會吸引更多企業(yè)參與到市場競爭中，物聯(lián)網(wǎng)智能大棚將引領(lǐng)智能化農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展。第二章物聯(lián)網(wǎng)智能大棚的基本結(jié)構(gòu)2.1溫室主體結(jié)構(gòu)文絡(luò)式鋼結(jié)構(gòu)。東西：9.6m×5跨=48m，南北：4.0m×5開間=20m；面積：960.0m2。采用9.6m跨度，單跨3個小屋脊，4米每開間，在溫室北側(cè)設(shè)置2.5m寬走廊通道?；A(chǔ)標(biāo)高為±0.000m，天溝高4.0m，脊高4.8m，含外遮蔭總高5.4m。以上為參考尺寸。溫室設(shè)置有外遮陽系統(tǒng)；風(fēng)機-濕簾降溫系統(tǒng)；內(nèi)遮陽系統(tǒng)（包含東西側(cè)側(cè)部遮陽保溫系統(tǒng)）；側(cè)部開窗系統(tǒng)（北側(cè)）；頂部電通風(fēng)系統(tǒng)；噴淋系統(tǒng)、移動苗床系統(tǒng)；采暖系統(tǒng)；電控系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)；防滴露系統(tǒng)；環(huán)流風(fēng)機系統(tǒng)等。溫室頂部采用8mm厚中空防結(jié)露PC板（固萊爾或拜耳品牌）覆蓋。四周采用雙層中空浮法玻璃（5+9A+5）覆蓋。室內(nèi)通過隔斷將溫室分為4個工作區(qū)，具體見附件平面圖，隔斷采用5mm厚單層浮法玻璃覆蓋，接縫處使用防老化膠條，確保密封性良好。2.2性能指標(biāo)2.1、雪載：0.30KN/m2；2.2、風(fēng)載：0.50KN/m2；2.3、自重：14kg/m2；2.4、吊掛載荷：15kg/m2；2.5、最大排雨量：>140mm/h；2.6、溫室電參數(shù)：220V、單相/380V、三相；2.7、抗震等級：8級。

第三章系統(tǒng)實現(xiàn)原理3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖主要采用實用的485串行總線傳輸協(xié)議技術(shù)、ARM技術(shù)、一總線傳輸協(xié)議溫度傳感技術(shù)、光檢測技術(shù)、煙霧檢測技術(shù)、液晶顯示技術(shù)、上下位機交互反饋組網(wǎng)操作技術(shù)，使蔬菜大棚所有監(jiān)測信息可以實時反饋到用戶操作管理平臺上。3.2系統(tǒng)具體包括部分1.12864液晶顯示模塊：負(fù)責(zé)顯示各個傳感器采集上來的信息。2.1602液晶顯示模塊：負(fù)責(zé)顯示單個節(jié)點上傳感器采集上來的信息。3.單片機模塊（Atmel89s52）：用于將傳感器采集的信息進行處理后以異步串行通信方式向外發(fā)出。4.485模塊（MAX485）：將單片機發(fā)來的異步串行信號轉(zhuǎn)換為485通信方式向外發(fā)出。溫濕度傳感器模塊(DHT11)：采用蔬菜大棚內(nèi)的溫濕度。5.CortexM4模塊：用于將485方式傳來的有線信號與無線ZigBee傳來的信號進行匯總發(fā)送給上位機。6.溫度采集模塊（DS18b20）：負(fù)責(zé)蔬菜大棚中的溫度實時采集。7.煙感檢測模塊：倉庫大門控制方式采用無線和有線兩種方式，當(dāng)倉庫大門開啟或關(guān)閉時上位機會顯示當(dāng)前的狀態(tài)。8.光照檢測模塊：負(fù)責(zé)蔬菜大棚中的光照實時采集。9.土壤濕度檢測模塊：負(fù)責(zé)蔬菜大棚中的土壤濕度實時采集。10.上位機模塊（VisualBasic6.0）：上位機界面的編程采用VB6.0，界面主要包括：溫度顯示區(qū)、紅外報警顯示區(qū)、漏雨報警顯示區(qū)、門禁系統(tǒng)顯示區(qū)、風(fēng)扇系統(tǒng)顯示區(qū)、倉庫整體平面圖等。3.3系統(tǒng)的具體工作流程：通過液晶顯示模塊將蔬菜大棚的溫度、濕度、光照、煙感等信息實時傳輸給上位機，超出范圍使上位機的報警顯示狀態(tài)發(fā)生改變，土壤濕度檢測模塊可以檢測到蔬菜大棚中某些區(qū)域的土壤濕度情況，并實時把報警信息傳輸給上位機，并使上位機土壤濕潤報警狀態(tài)發(fā)生變化。對于溫度要求嚴(yán)格蔬菜大棚，系統(tǒng)可以實時顯示溫度信息并對超出規(guī)定溫度時將產(chǎn)生報警信息并控制倉庫中的風(fēng)扇系統(tǒng)進行啟動降溫，直到溫度恢復(fù)正常，風(fēng)扇系統(tǒng)自動停止。光照檢測模塊可以檢測到蔬菜大棚中某些區(qū)域的光照情況，并實時把報警信息傳輸給上位機，并使上位機光照報警狀態(tài)發(fā)生變化。煙感檢測模塊可以檢測到蔬菜大棚中某些區(qū)域是否有明火情況，并實時把報警信息傳輸給上位機，并使上位機煙感報警狀態(tài)發(fā)生變化。第四章硬件設(shè)計本項目的電路主要包括ARM技術(shù)、單片機技術(shù)、485有線通訊、和上位機顯示部分組成。具體功能如下：4.1主要元器件清單：模塊名稱主要元件型號功能說明CortexM4LM4F232H5QC通訊數(shù)據(jù)處理485通信模塊MAX485485通訊單片機最小系統(tǒng)ATML89c52數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)發(fā)溫濕度模塊DTH11溫濕度采集漏雨模塊LM393信號采集測溫模塊DS18B20溫度采集液晶顯示模塊12864顯示信息液晶顯示模塊1602顯示信息串口轉(zhuǎn)USB模塊CP2102接口轉(zhuǎn)換4.2原理圖：蔬菜大棚一區(qū)原理圖如下，具體實現(xiàn)方式為當(dāng)光照發(fā)生變化達到預(yù)設(shè)值時，光照檢測模塊IN口低電平變高電平，與之相連的單片機p2.3口被置高電平，此時根據(jù)單片機程序報警信息被觸發(fā)，并將報警信息顯示在12864液晶屏上，同時將報警信息傳輸?shù)缴衔粰C。當(dāng)土壤濕度達到預(yù)設(shè)值時，土壤濕度檢測模塊的IN口高電平變低電平，與之相連的單片機p2.4口被置低電平，此時根據(jù)單片機程序報警信息被觸發(fā)，并將報警信息顯示在12864液晶屏上。同時將報警信息通過單片機的UART口向上位機發(fā)送。蔬菜大棚一區(qū)的溫度采集部分是通過DS18B20溫度傳感器采集完成的，DS18B20的I/O與單片機的p2.2口相連，單片機每秒鐘通過p2.2口采集DS18B20的溫度數(shù)據(jù)，將報警信息顯示在12864液晶屏上，并通過UART口向上位機發(fā)送。圖4-1一區(qū)電路圖蔬菜大棚二到四區(qū)原理圖如下，具體實現(xiàn)方式為當(dāng)光照發(fā)生變化達到預(yù)設(shè)值時，光照檢測模塊IN口低電平變高電平，與之相連的單片機p2.3口被置高電平，此時根據(jù)單片機程序報警信息被觸發(fā)，同時將報警信息傳輸?shù)缴衔粰C。當(dāng)土壤濕度達到預(yù)設(shè)值時，土壤濕度檢測模塊的IN口高電平變低電平，與之相連的單片機p3.7口被置低電平，此時根據(jù)單片機程序報警信息被觸發(fā)。同時將報警信息通過單片機的UART口向上位機發(fā)送。當(dāng)蔬菜大棚有明火時，煙感檢測模塊IN口低電平變高電平，與之相連的單片機p2.0口被置高電平，此時根據(jù)單片機程序報警信息被觸發(fā)，與單片機相連的蜂鳴器報警，同時將報警信息顯示在1602液晶屏上，并發(fā)送到上位機。蔬菜大棚二到四區(qū)的溫濕度檢測模塊，對大棚內(nèi)的溫濕度進行檢測，并將監(jiān)測信息實時的顯示在1602液晶屏上，溫濕度信息通過單片機的UART口向外發(fā)送。圖4-2二區(qū)電路圖

CortexM4模塊負(fù)責(zé)將485方式傳來的有線信號與無線ZigBee傳來的信號進行匯總通過cp2102芯片轉(zhuǎn)換為串口數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機。圖4-3CortexM4電路圖第五章軟件設(shè)計5.1軟件設(shè)計要求軟件具體編程包括以下幾部分：1.單片機接收傳感器數(shù)據(jù)運算后向上位機發(fā)送。2.CortexM4接收來自單片機的數(shù)據(jù)。3.Vb串口通信和上位機界面編寫。圖5-1CortexM4程序流程圖圖5-2AT89S52程序流程圖圖5-3VB程序流程圖

5.2系統(tǒng)測試及結(jié)果具體的測試結(jié)果以上位機軟件的圖形界面來顯示（1）系統(tǒng)主界面當(dāng)前時間：2015/3/13當(dāng)前時間：2015/3/1316:24:10

（2）顯示光照強度報警，正常為綠色，故障為紅色。當(dāng)前時間：2015/3/13當(dāng)前時間：2015/3/1316:23:10顯示溫度曲線的變化。當(dāng)前時間：2015/3/13當(dāng)前時間：2015/3/1316:25:10

顯示濕度狀態(tài)報警當(dāng)前時間：2015/3/13當(dāng)前時間：2015/3/1316:23:10

硬件測試效果（蔬菜大棚一區(qū)、二區(qū)）

蔬菜大棚一區(qū)液晶顯示采集數(shù)據(jù)

蔬菜大棚一區(qū)控制風(fēng)機

蔬菜大棚二區(qū)各種傳感器模塊

蔬菜大棚二區(qū)液晶顯示數(shù)據(jù)

蔬菜大棚模型

第六章程序源碼6.1CortexM4模塊的部分代碼voidUART1_Init(intnbaudrate){////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////打開uart1arm與單片機連接//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOC); //使能GPIO外設(shè)ESysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_UART1);//使能UART5GPIOPinTypeUART(GPIO_PORTC_BASE,GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5);//設(shè)置GPIO的PE4和PE5管腳為UART5的引腳（PE4-RxD,PE5-TxD）GPIOPinConfigure(GPIO_PC4_U1RX); // 配置串口接收管腳GPIOPinConfigure(GPIO_PC5_U1TX); // 配置串口發(fā)送管腳//設(shè)置UART串行通信參數(shù)，配置UART5為nbaudrate波特率，8-N-1模式發(fā)送數(shù)據(jù)UARTConfigSet(UART1_BASE,nbaudrate,(UART_CONFIG_WLEN_8|UART_CONFIG_STOP_ONE|UART_CONFIG_PAR_NONE));///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////打開uart5計算機與arm連接/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOE); //使能GPIO外設(shè)SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_UART5);//使能UART5GPIOPinTypeUART(GPIO_PORTE_BASE,GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5);//設(shè)置GPIO的PE4和PE5管腳為UART5的引腳（PE4-RxD,PE5-TxD）GPIOPinConfigure(GPIO_PE4_U5RX); // 配置串口接收管腳GPIOPinConfigure(GPIO_PE5_U5TX); // 配置串口發(fā)送管腳//設(shè)置UART串行通信參數(shù)，配置UART5為nbaudrate波特率，8-N-1模式發(fā)送數(shù)據(jù)UARTConfigSet(UART5_BASE,nbaudrate,(UART_CONFIG_WLEN_8|UART_CONFIG_STOP_ONE|UART_CONFIG_PAR_NONE));UARTEnable(UART1_BASE);UARTEnable(UART5_BASE);}voidGPIO_Port_G_ISR(){unsignedcharKEY1;//讀取按鍵1的狀態(tài)參數(shù)unsignedlongulStatus;//管腳的中斷狀態(tài)ulStatus=GPIOPinIntStatus(GPIO_PORTG_BASE,true);//讀取中斷狀態(tài)GPIOPinIntClear(GPIO_PORTG_BASE,ulStatus);//清除中斷狀態(tài)，重要KEY1=GPIOPinRead(GPIO_PORTG_BASE,GPIO_PIN_0);//讀取按鍵1的狀態(tài)參數(shù)if(KEY1)//如果KEY按下{SysCtlDelay(10*(SysCtlClockGet()/3000));//延時約10ms，消除按鍵抖動UARTCharPut(UART5_BASE,0x77);}else{SysCtlDelay(10*(SysCtlClockGet()/3000));//延時約10ms，消除松鍵抖動UARTCharPut(UART5_BASE,0x78);}}voidK1_Init(){SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOG);//打開PG的所有管腳GPIOPinTypeGPIOInput(GPIO_PORTG_BASE,GPIO_PIN_0);////設(shè)置PG0的管腳為輸入、軟件控制GPIOPadConfigSet(GPIO_PORTG_BASE,GPIO_PIN_0,GPIO_STRENGTH_2MA,GPIO_PIN_TYPE_STD_WPD);//設(shè)置PG0管腳為弱上拉GPIOIntTypeSet(GPIO_PORTG_BASE,GPIO_PIN_0,GPIO_BOTH_EDGES);GPIOPortIntRegister(GPIO_PORTG_BASE,GPIO_Port_G_ISR);//注冊一個中斷函數(shù)GPIOPinIntEnable(GPIO_PORTG_BASE,GPIO_PIN_0);//打開PG0管腳的中斷功能IntEnable(INT_GPIOG);//打開PG所有管腳的中斷功能IntMasterEnable();//打開芯片的總中斷功能}6.2單片機系統(tǒng)（部分代碼）/**18B20復(fù)位函數(shù)*/voidDS18b20_reset(void){ bitflag=1; while(flag) { while(flag) { DQ=1; delay(1); DQ=0; delay(50);//550us DQ=1; delay(6);//66us flag=DQ; } delay(45);//延時500us flag=~DQ; } DQ=1;}/**18B20寫1個字節(jié)函數(shù)*向1-WIRE總線上寫一個字節(jié)*/voidwrite_byte(uint8val){ uint8i; for(i=0;i<8;i++) { DQ=1; _nop_(); DQ=0; nops();//4us DQ=val&0x01;//最低位移出 delay(6);//66us val>>=1;//右移一位 } DQ=1; delay(1);}/**18B20讀1個字節(jié)函數(shù)*從1-WIRE總線上讀取一個字節(jié)*/uint8read_byte(void){ uint8i,value=0; for(i=0;i<8;i++) { DQ=1; _nop_(); value>>=1; DQ=0; nops();//4us DQ=1; nops();//4us if(DQ) value|=0x80; delay(6);//66us } DQ=1; return(value);}/**啟動溫度轉(zhuǎn)換*/voidstart_temp_sensor(void){ DS18b20_reset(); write_byte(0xCC);//發(fā)SkipROM命令 write_byte(0x44);//發(fā)轉(zhuǎn)換命令}/**讀出溫度*/int16read_temp(void){ uint8temp_data[2];//讀出溫度暫放 int16temp; DS18b20_reset();//復(fù)位 write_byte(0xCC);//發(fā)SkipROM命令 write_byte(0xBE);//發(fā)讀命令 temp_data[0]=read_byte();//溫度低8位 temp_data[1]=read_byte();//溫度高8位 temp=temp_data[1]; temp<<=8; temp|=temp_data[0]; temp>>=4; returntemp;}/***UART初始化*波特率：9600*/voiduart_init(void){TMOD=0x21;//定時器1工作在方式2（自動重裝）SCON=0x50;//10位uart，允許串行接受TH1=0xFD;TL1=0xFD;TR1=1; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1;}/***UART發(fā)送一字節(jié)*/voidUART_Send_Byte(uint8dat){ SBUF=dat; while(TI==0); TI=0;}6.3VB上位機系統(tǒng)（部分代碼）計算極值、平均值Subcal()OnErrorGoTohhSum=0Max=datatemp(0):Min=MaxFori=0Tonum-1Ifdatatemp(i)>=MaxThenMax=datatemp(i)Ifdatatemp(i)<=MinThenMin=datatemp(i)Sum=Sum+datatemp(i)Nextiaver=Sum/numMaxText.Text=Format$(Max,"0")MinText.Text=Format$(Min,"0")AverText.Text=Format$(aver,"0.0")hh:ExitSubEndSub'繪制溫度實時變化曲線PrivateSubdraw()Picture2.ClsPicture2.DrawWidth=1Picture2.BackColor=QBColor(15)Picture2.Scale(0,50)-(200,0)''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''DimyAsInteger'畫出短的刻度bb:Ify<>50ThenPicture2.Line(0,y)-(4,y),RGB(0,0,0)y=y+1GoTobbEndIf''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''