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基于ARDUINO的溫室控制和監(jiān)測(cè)智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

發(fā)布時(shí)間:2018-08-02 08:20
【摘要】:幾乎所有的植物正常生長(zhǎng)都需要一定的環(huán)境條件。因此,加強(qiáng)對(duì)環(huán)境條件的控制,以便使這些條件盡可能完美滿足作物所需是非常重要的。為了構(gòu)建這樣一個(gè)理想的環(huán)境,需要通過(guò)對(duì)主要的氣候和環(huán)境參數(shù),如溫度、濕度、光照強(qiáng)度、土壤水分等進(jìn)行控制以便達(dá)到這樣的要求。對(duì)全年能夠持續(xù)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)蔬菜或花卉的需求有效促進(jìn)了自動(dòng)化溫室的發(fā)展。這類自動(dòng)化控制系統(tǒng)提供了植物生長(zhǎng)所需的最適宜條件,并控制溫度、濕度、光照強(qiáng)度和土壤水分,他們能夠被持續(xù)地控制和監(jiān)測(cè),以便對(duì)它們進(jìn)行優(yōu)化進(jìn)而達(dá)到生產(chǎn)效率和植物生產(chǎn)的最大化。在溫室規(guī)模不斷擴(kuò)大的情況下,農(nóng)戶必須相應(yīng)增設(shè)對(duì)應(yīng)測(cè)量點(diǎn)以便跟蹤環(huán)境變化,進(jìn)而使節(jié)能和更精確的調(diào)整成為可能。然而,增設(shè)測(cè)量點(diǎn)意味著安裝和維護(hù)成本的增加。同時(shí)這些新增測(cè)量點(diǎn)一旦被創(chuàng)建和安裝,他們?cè)谖磥?lái)的遷移將變得十分繁瑣;谏鲜鲈,本文提出了 一個(gè)較為新穎的解決方案,即基于Arduino針對(duì)溫室環(huán)境研究和開(kāi)發(fā)出一套智能化的控制和監(jiān)測(cè)系統(tǒng),用于實(shí)現(xiàn)可編程方式智能地監(jiān)測(cè)和控制溫室氣候條件。本系統(tǒng)由三大部分組成,分別是“傳感器單元”、“控制單元”和“中心站”。傳感器單元用于數(shù)據(jù)采集。它負(fù)責(zé)收集必要的環(huán)境變量數(shù)據(jù)并通過(guò)以太網(wǎng)插板模塊將相關(guān)參數(shù)傳輸?shù)娇刂婆_(tái)?刂茊卧谋举|(zhì)即作為一個(gè)路由器,以預(yù)編程的方式控制數(shù)據(jù)和指令在傳感器單元和中心站之間的流動(dòng)。本單元還管理本地調(diào)節(jié)器和設(shè)備,如水泵、加濕器、燈等等。中心站是整個(gè)系統(tǒng)的主控制器。它向控制單元發(fā)出指令,處理傳入的數(shù)據(jù)并允許方便地訪問(wèn)系統(tǒng)用戶的數(shù)據(jù)。本平臺(tái)還可以實(shí)時(shí)地存儲(chǔ)和可視化數(shù)據(jù),并負(fù)責(zé)溫室環(huán)境相關(guān)參數(shù)的調(diào)整。為了更好地監(jiān)測(cè)溫室內(nèi)的環(huán)境狀況,傳感器單元配備了幾個(gè)傳感器模塊,如濕度、溫度、土壤水分、光照和CO2傳感器。傳感器單元和控制單元之間的通信是通過(guò)Arduino ATmega2560單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的。傳感器單元和控制單元均需要中央處理單元,以執(zhí)行各種任務(wù),例如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸?shù)?在此過(guò)程中單片機(jī)被用于這兩個(gè)單元?刂茊卧椭行恼局g的通信是通過(guò)以太網(wǎng)板卡模塊實(shí)現(xiàn)的。對(duì)Arduino單片機(jī)的編程采用C編程語(yǔ)言作為處理語(yǔ)言。代碼被寫(xiě)進(jìn)Arduino集成開(kāi)發(fā)環(huán)境,用于控制傳感器,并執(zhí)行相關(guān)其他功能,包括將數(shù)據(jù)發(fā)送到中心站。一旦傳感器單元收集完成,相應(yīng)的濕度、溫度、二氧化碳濃度、土壤水分和光強(qiáng)度測(cè)量等數(shù)據(jù)將被存儲(chǔ)在MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中,可以通過(guò)系統(tǒng)的web應(yīng)用程序在服務(wù)器端對(duì)其進(jìn)行訪問(wèn)。上述MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)由web瀏覽器使用開(kāi)放源碼工具PHPMyAdmin對(duì)其進(jìn)行管理。系統(tǒng)的中心站被設(shè)計(jì)成可以采用不同的編程語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。在服務(wù)器端,PHP是一種常用的編程語(yǔ)言。在客戶端,采用了不同的呈現(xiàn)技術(shù),包括像JavaScript、HTML5、CSS3以及JQuery等,他們均被用來(lái)設(shè)計(jì)用戶界面。Web應(yīng)用程序運(yùn)行在本地的XAMPP服務(wù)器上,該服務(wù)器被安裝在計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)內(nèi)WEB服務(wù)器根目錄下。Arduino單片機(jī)與web服務(wù)器和以太網(wǎng)板卡集成設(shè)立。Web服務(wù)器用于WEB頁(yè)面的響應(yīng),以便可以被任何Arduino設(shè)備上運(yùn)行的web瀏覽器訪問(wèn)。Arduino web服服務(wù)器端頁(yè)面允許對(duì)Arduino硬件的訪問(wèn)——這允許相關(guān)硬件可以被控制(如可以從WEB頁(yè)面對(duì)水泵進(jìn)行打開(kāi)和關(guān)閉)和監(jiān)測(cè)(例如讀取該驅(qū)動(dòng)器的狀態(tài)并在網(wǎng)頁(yè)上顯示)。Arduino被分配了一個(gè)靜態(tài)IP地址,以便使web服務(wù)器更容易響應(yīng)。通過(guò)不同的大量實(shí)驗(yàn),本文驗(yàn)證了該采用以太網(wǎng)板卡WEB SERVER技術(shù)的功能性和可靠性。結(jié)果表明,以太網(wǎng)板卡模塊可以作為一種有效解決方案,大大降低了安裝成本,提高了溫室監(jiān)測(cè)和控制的靈活性和可靠性?傮w來(lái)說(shuō),本文采用基于WEB的應(yīng)用系統(tǒng)作為Arduino的界面,以太網(wǎng)板卡模塊作為WEB SERVER和微控制單元的連接器,可視化再現(xiàn)了來(lái)自不同傳感器和不同調(diào)節(jié)器的海量狀態(tài)和數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)的結(jié)果和設(shè)計(jì)方案測(cè)試,表明本方案是可行的。與此同時(shí)論文也概述了一些特殊流程和解決方案的設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)的架構(gòu)充分體現(xiàn)了一些優(yōu)點(diǎn),如成本、規(guī)模、電力消耗、靈活性,以及智能分布。有理由相信,本項(xiàng)研究的成果對(duì)未來(lái)低成本高智能溫室控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究、開(kāi)發(fā)以及商用化具有一定的借鑒意義。
[Abstract]:The normal growth of almost all plants requires certain environmental conditions. Therefore, it is very important to strengthen the control of environmental conditions so as to make these conditions as perfect as possible to meet the needs of the crops. In order to build such an ideal environment, the main climatic and environmental parameters, such as temperature, humidity, intensity of light, soil, and soil, are needed. Water is controlled to meet such requirements. The demand for continuous production of high quality vegetables or flowers throughout the year has effectively promoted the development of automated greenhouses. This automatic control system provides the most suitable conditions for plant growth and controls temperature, humidity, light intensity and soil moisture, and they can be kept on control. It is made and monitored so that they can be optimized to maximize production efficiency and plant production. In the case of growing greenhouse scale, farmers have to add corresponding measurement points to track environmental changes, and thus make energy saving and more accurate adjustment possible. However, the additional measurement points mean the cost of installation and maintenance. At the same time, once the new measurement points are created and installed, their future migration will become very tedious. Based on the above reasons, this paper proposes a more novel solution based on Arduino for greenhouse environment research and the development of a set of intelligent control and monitoring systems for realizing programmable intelligence. The system is capable of monitoring and controlling greenhouse climate conditions. This system consists of three parts: "sensor unit", "control unit" and "center station". Sensor unit is used for data acquisition. It is responsible for collecting the necessary data of the environment variables and transferring the phase parameters to the console through the Ethernet pluggable module. Quality is a router that controls the flow of data and instructions between the sensor unit and the center station in a preprogrammed manner. This unit also manages local regulators and devices, such as pumps, humidifiers, lights and so on. The central station is the main controller of the whole system. It sends instructions to the control unit, handles incoming data and allows convenience. This platform can also store and visualize the data in real time and adjust the parameters of the greenhouse environment. In order to better monitor the environment, the sensor unit is equipped with several sensor modules, such as humidity, temperature, soil moisture, light and CO2 sensors, sensor units and control units. The communication between the Arduino ATmega2560 is realized. The sensor unit and the control unit all need the central processing unit to perform various tasks, such as data acquisition, data processing and data transmission. In this process, the MCU is used for the two units. The communication between the control unit and the central station is through Ethernet The programming of Arduino MCU uses C programming language as a processing language. The code is written into the Arduino integrated development environment to control sensors and perform other functions, including sending data to the center station. Once the sensor unit is collected, the corresponding humidity, temperature, carbon dioxide concentration, soil water The data will be stored in the MySQL database and can be accessed on the server side by the web application of the system. The MySQL database is managed by the web browser using the open source tool PHPMyAdmin. The central station of the system is designed to use different programming languages to implement the correlation. On the server side, PHP is a common programming language. On the client side, different rendering techniques, including JavaScript, HTML5, CSS3, and JQuery, are used to design the user interface.Web application running on the local XAMPP server, which is installed on the WEB server in the computer's operating system. In the root directory, the.Arduino microcontroller is integrated with the web server and Ethernet card to set up the response of the.Web server to the WEB page, so that the web browser running on any Arduino device can access the.Arduino web to allow access to the Arduino hardware, which allows the related hardware to be controlled (as from WEB). The page opens and closes the pump) and monitors (for example reads the state of the drive and displays on the web page).Arduino is assigned a static IP address to make the web server more responsive. Through a variety of experiments, this article verifies the functionality and reliability of the Ethernet board WEB SERVER technology. The Ethernet board module can be used as an effective solution, greatly reducing the installation cost and improving the flexibility and reliability of the monitoring and control of the greenhouse. In general, the application system based on WEB is used as the interface of the Arduino. The Ethernet card module is the connector of the WEB SERVER and the micro control unit. A large number of States and data from different sensors and different regulators are present. By testing the results of the control system and the design scheme, the scheme is feasible. At the same time, the paper also outlines some special processes and solutions. The architecture of the whole system has some advantages, such as cost, scale and power dissipation. It is reasonable to believe that the results of this study have some reference to the research, development and commercialization of the future low cost and high intelligent greenhouse control monitoring system.
【學(xué)位授予單位】:南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2016
【分類號(hào)】:TP311.52;TP274

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本文編號(hào):2158795


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