Equipment technology装备技术
耿玉菊
（河北衡水学院数学与计算机学院，河北衡水053000）
中图分类号：K928 文献标识码：B 文章编号1007-6344（2019）06-0149-01
摘要：基于51单片机的智能农业大棚的实践应用通过大棚智能监控系统体现，包括对农业大棚的温度、湿度、光照等环境因子的综合控制，涵盖大棚智能监控系统感知层的采集、传输层的通讯、应用层的监控。 关键词：智能农业；综合控制；感知层
针对目前农业大棚发展的趋势，提出了一种智能农业大棚系统的设计，从而
实现智能监控管理的功效。基于51单片机的智能农业大棚监控系统由前端部分来
完成对环境监测因子的含量的监测，监测因子包括温度、湿度、光照、土壤温度、
土壤湿度等环境参数。监测因子通过数据处理转换后，通过TCP/IP协议向服务器 传输数据，服务器实现数据的接收、过滤、存储、处理、统计分析，实时数据查
询，并实现超阈值报警及发出相应控制命令。
1 系统设计原理及总体架构
系统功能由感知层、传输层、应用层三大部分协调完成，感知层主要完成各
种传感器信号的采集、格式转换等；传输层通过TCP/IP协议向服务器传输实时数
据；应用层主要完成数据的整理、显示及控制功能。
1.1系统设计原理
基于51单片机的智能农业大棚监控系统感知层实时地将现场的光照强度、空
气温湿度、土壤温湿度等数据采集到采集监控节点内，根据实时数据实现采集点
生活垃圾处理器现场的超阈值自动报警，防止事故的发生。采集监控节点与自带TCP/IP功能的主
控器相连，从而实现与服务器通信。服务器主要由PC机和上位机软件构成，它实
现对数据的总体监测及远程控制。
1.2总体架构
水下呼吸器根据项目要求和具体市场需求，下位机通信选用RS－485通信协议。大棚监
控系统总体架构分为三层。感知层采集监控点使用模块化下位和控制单元，便于
系统扩展；传输层以51系列单片机为中间主控制器，选用主控器自带TCP/IP 功
能与服务器通信，自带RS485通信功能连接下位数据采集与控制单元；应用层上
位服务器直接面向网络，保存下位采集数据。系统总体架构如图所示。
TCP/IP
Internet 服务器
采集器
主控器1 主控器n
采
集
器
控
制
器光照
控制
器
空气
湿度
控制
器
空气
温度
控制
器
土壤
湿度
控制
器
土壤
温度
控制
器
光照传感器空气
温度
传感
器
土壤
湿度
传感
器
土壤
温度
灌铅
传感
器
智能大棚1 智能大棚n
空气
湿度
传感
器
环境参量采集及控制
RS485 RS485
总体架构图
1.2.1采集器功能
（1）实时可靠地采集大棚现场中大棚光照强度，空气温湿度，土壤温湿度数据。（2）数据的采集处理、格式转换及采集存储。（3）接收并识别主控制器发来的指令，向上层传递数据。
1.2.2 控制器功能
（1）接收并分析主控制器控制指令。（2）译码控制指令并执行。
1.2.3主控制器功能
（1）测量数据采集和监测
使用RS－485传输，通过串口与采集监控点通信，收集监控点监测的大棚环境数据。如果监控节点测量到的数据超出了预设的环境参数范围，由主控制器输出控制指令或报警信号，实现对大棚光照、空气温湿度、土壤温湿度的调节控制。
v50值
（2）测量数据存储和传送
使用51单片机完成主控制器功能，留存各监控节点的数据于外插的SD卡中，并将存储数据传送到PC机上。数据用于后期数据整理，主要含存储、过滤、处理、统计分析，作为未来调整大棚系统及设施改进的依据。
（3）以太网通信及监控节点控制
主控制器与服务器之间通过以太网通信，选择的主控制器上需要带有以太网接口，完成以太网通信，并完成相应的控制反馈。
1.2.4服务器功能
（1）网络示范网站服务器，实现对数据的接收、存储、显示、数据请求以及图表显示、报表打印输出等信息管理工作，并进行特殊情况的监控中心预警以及通过上位机软件方便地访问实时和历史数据。
（2）与各主控制器的网络通信。
1.3器件选型
传感器选型：PTS－2环境湿度传感器，DS18B20环境、土壤温度传感器，TDR －3型土壤水分传感器，TBQ－6型光照强度传感器。
控制器选型：下位采集器选用C8051F350，下位控制器选用C8051F310。
2 智能农业大棚监控系统硬件设计
硬件系统主要完成三部分的设计：大棚内部环境参数的采集，控制设备的执行，服务器的信息汇总。传感器完成数据的采集、上传；采集器将传感器数据封装并发送到主控制器；主控制器接收传感器数据，并连接相应的执行设备，依据采集的实时数据和控制指令完成对大棚执行设备的控制，包括喷水系统、空气调节系统等； PC机和上位机软件完成信息的汇总统计，实现服务器的功能。辅助电路设计主要完成电源电路、RS－485通信接口电路、系统硬件抗干扰电路、电源、接口电路及电路板的设计。
3 智能农业大棚监控系统软件设计
3.1数据采集、存储服务设计
数据采集程序通过监控节点的传感器按照一定的周期间隔采样实时数据，将采集到的结果解析、分类、汇总、统计，写入SQLite数据库。导电泡棉成型机
3.2网络服务与控制设计
网络服务由嵌入式Web服务器和CGI脚本程序来完成。控制部分包含对读取的标准数据进行分析整理，支持多种查询显示，通过图形化界面，以表格和曲线的方式将传感器数据显示，依据相应控制理论，完成超出阈值警告，并发出监控命令，实现对执行设备的自动化控制。
4 结束语
旋转座椅总之，整个系统安全、可靠，实现了高效智能监控。依据系统技术指标选择了合适的温湿度参数传感器、数据采集器和控制器；通信部分选择了RS485通信协议；应用层面向网络服务，完成了数据处理及控制功能。实际测试表明，该系统能够准确采集到农业大棚内的温湿度、光照强度数据，能够成功的发送给51单片机，并能实现相应控制，在智能农业领域有着广阔的发展空间。
参考文献
[1]基于STM32和Android手机的农业物联网大棚的设计与实现[J]. 祝朝坤，张凌燕.电子产品世界. 2017(12)
[2]基于ZigBee无线传感网络的环境监测系统的设计[J]. 高金转，彭旭锋，张会新，陈德沅，刘文怡.电子器件. 2016(03)
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