温室的无线温湿度监测系统应用

3.0 设计吧 2023-02-13 52 4 1.05MB 9 页 10光币

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温室的无线温湿度监测系统应用

摘要：温室里的作物生产是农业领域里越来越多的产业。所有对温室环境控

制和监测的措施是一些作物生产和保护的重要组成部分。正如你所知，在温室里

最重要的变量是温度和相对湿度。本文针对温室环境里不同距离的温湿度的传感

和监测提出新的不同的方法。本文采用的网络结构是星型拓扑结构。它由至少一

个传感器节点，一些重复的节点，一个主节点，PC 终端，MySQL，Web 服务

和实时报警系统。基于该系统，环境参数能被检测和监控。一旦报警系统监测到

参数曲线显示异常，报警系统会通知班长来采取一些行动。与其他先前提出的系

统相比，其优点是感应距离可以根据用户的需求设置。虽然无线收发器的距离收

到电池电量的限制，只有 1.26M，每个节点可以增加距离 1.26M。总距离可以计

算为 1.26M×[ 1 + N（重复节点）]。实验结果表明，该系统具有低功耗，网络分

布简单，易于维护。

关键词：农业，温室，无线传感网络，温湿度

一、介绍

该系统包括传感器节点，重复的节点，主节点，PC 终端，MySQL，Web 服

务，一个实时报警系统。传感器节点包括 HMZ-433A1 模块，PT100 传感器模块，

笙泉 8051 单片机，无线收发模块 NRF2401l。传感器节点采用单片机控制，其主

要工作是收集温度和湿度的检测数据，利用单片机实现 A/D 转换器，通过射频

装置发送无线信号。主节点用于接收无线信号并通过 RS232 接收数据传送到 PC

终端。在 PC 端，微软 VisualBasic（VB）语言是用来编程获得来自 RS232 的数

据和得到有用的信息。然后 PC 终端将有用的信息发送到 MySQL。基于记录在

MySQL 的数据，Web 服务将绘制一个曲线显示有限的时间里温度和湿度是如何

变化的。同时，Web 服务也从固定在传感器节点的 Web 摄像机显示视频来监测

它。当曲线变化异常，报警系统就会通过电子邮件向工作人员发出报警通知，手

机短信，或者主机系统可以触发喷雾系统，打开通风口，打开风扇或控制各种

各样的系统响应。

整个系统结构将在第二部分中显示，整个系统的原理也将在这一部分说明。

整个系统的数据流程图也将被这部分显示和说明。

在第三部分，整个系统的每一部分都给出具体介绍。传感部分将在第三部分

的A部分进行介绍。温度读取电路以及温度和电压之间的关系的功能将在这部

分的介绍，同时，在这一部分中，温度检测和湿度检测的具体方法也将进行说

明。无线收发部分将显示在第三部分的 B部分。在这一部分，具体的发送和接收

数据的流程图会显示出来。将会通过单片机进行控制原理的说明。在第三部分的

C部分，我们将介绍如何使用RS232 使主节点与 PC 终端进行通信。然后分析数

据包，获得有用的信息。最后，有用的数字信号将被传输到MySQL，整个过程

包括如何制作 MySQL 将在第三部分的 D部分进行说明，同时，Web 服务和报

警系统也将在本部分说明。最后的结论将在最后一部分。

本系统的最终评估将在第四部分显示。我们将介绍（与他人比较系统，包括

效果，如报警系统，结果分析）。

二、系统总体设计

在温室里，最重要的参数是温度和湿度。每一种作物有自己舒适的环境。由

于精确性和健康的关系得到越来越多的人的赞成，在温室培养里，控制这两个

参数变得越来越关键。在本文中，我们使用一个传感网络拓扑来传递温室参数，

使用数据库和Web 服务在一定的时间里记录参数。最后，基于 Web 服务绘制的

曲线，如果曲线变化异常我们可以开始报警系统。

图1 无线传感系统的原理

无线传感网络（WSN）由很多传感节点和一个主节点组成。检测数据将通过

无线设备被发送，在主节点接收器将接收到无线信号。PC 可以通过 RS232 使用

VB 来编程来读取数据。已被读取的数据将被解码，有用的信息将被存储到数据

库。PC 将使用Web 服务上传数据到互联网。整个系统架构如图1所示。无线数据

传输的格式如图2所示。有效负载缓冲区用于存储无线传输数据。有效负载缓冲

区有32 个字符型数据；每个字符型数据占用8个字节的数据。在本文中，我们

首先需要编码测量的数据存进一个缓冲区，它通过无线通道传输。当接收到无线

信号，我们将编程通过 RS232 从主节点获得有用的信息。传输的数据存在于节

点名称，温度值和湿度值。每个字符型使用一个 ASCII 码显示，每个 ASCII 码占

8位数。各部分之间存在一个逗号。因此有两个逗号存在以及一个末端输入符号。

第一部分占据两个单位，它们被用来象征节点名称“NX”。第二部分占四个单

位，格式如“XX，X”。它是用来标志温度值。最后一部分是用来象征湿度，特

定的格式如“X，XX”。所以整个无线传输的格式是“NX，XX.X，X.XX”。

图2 无线数据传输格式

两个节点的结构如图3所示。传感节点主要由三部分组成：传感器部分，单

片机部分和无线收发器部分。主节点主要由无线接收器和单片机组成。他们通过

无线通道与彼此沟通。

图3 两个节点的结构

三、各部分的介绍

A.传感器部分

传感器节点的结构是如图4所示。核心控制器，笙泉 8051 单片机，控制传

感器模块来检测温室环境，控制射频设备来发送。当然，还为单片机提供外部时

钟和为整个电路提供电源模块。从传感模块获得模拟检测数据后，数据将送入单

片机的模数转换器模块，从模拟数据转变为数字数据。最后转换的数字数据传输

到有效负载缓冲区，通过射频模块 2.4GHZ NRF2401L+传输。单片机通过 SPI 串

行口控制射频设备。在传感模块有 HMZ-433A1 和PT100 两个模块。每个模块有

自己的读出电路。HMZ-433A1 用于检测湿度参数和 PT100 用于检测温度参数。

每个模块的介绍如下。

图4 传感节点的结构

由单片机控制的主节点的整个数据流程图如图5所示。在初始化整个传感器

节点和配置射频器件进入发射模式后，定时器 1将用于计数器。当我们初始化单

片机，我们设置 TH0 和TL0 等于零，所以在 0.2 秒之后中断定时器 0启动。中断

程序将被执行。经过16 次中断，温度值和湿度值的平均值将被计算并对节点的

名称和平均值将被编码存进一个有效负载缓冲区，用以传输。考虑到运行过程中

采集参数，计算平均值和再次发送无线信号，在最后一部分中，我们需要明确

有效负载的缓冲区，明确RF 状态寄存器以及设置中断请求等于1。当我们把实

验参数每两秒钟测试一次，我们发现参数变化不稳定。为了获得一个稳定值，我

们只在 16 个定时器中断和传输其他信息的平均值后计算平均值。

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摘要：

温室的无线温湿度监测系统应用摘要：温室里的作物生产是农业领域里越来越多的产业。所有对温室环境控制和监测的措施是一些作物生产和保护的重要组成部分。正如你所知，在温室里最重要的变量是温度和相对湿度。本文针对温室环境里不同距离的温湿度的传感和监测提出新的不同的方法。本文采用的网络结构是星型拓扑结构。它由至少一个传感器节点，一些重复的节点，一个主节点，PC终端，MySQL，Web服务和实时报警系统。基于该系统，环境参数能被检测和监控。一旦报警系统监测到参数曲线显示异常，报警系统会通知班长来采取一些行动。与其他先前提出的系统相比，其优点是感应距离可以根据用户的需求设置。虽然无线收发器的距离收到电池电量的...

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