基于GSM的太阳能农业大棚多功能智能监控系统模块设计

来源:网络整理 作者:2018年02月01日 12:25

一、项目概述

1.1 引言

当今温室大棚产业不断扩大,人们对于健康的要求也越来越高,温室大棚提高农产品的质量,就必须要有适宜的生长环境。 本文介绍的基于GSM的太阳能农业大棚多功能智能监控系统,通过太阳能给单片机供电,设置不同的大棚植物所需的最适宜生长环境参数,系统实时检测环境值,并在液晶模块上显示,如果与设置参数不同,则会启动报警装置,并通过GSM模块给大棚管理者发送信息,同时自动采取相应操作。我们相信在未来的生活中,尤其是在温室大棚中会起到很重要的作用。

1.2 项目背景/选题动机

近二十年来,我国十分重视农业的发展,对农业设施做了很多投资,温室大棚就是其中最重要的一个项目。它作为一种新型的农业作物种植技术,已经突破了传统作物种植受地域、自然环境、气候等诸多因素的限制,对农业生产有重大意义。产量提高了,但是随着人们生活水平的提高,健康也更加的被人们所关注,温室大棚农产品的质量也是人们关心的焦点,。然而大棚绿色农产品怎么样才能最好的生长呢?目前我国温室大棚多依靠人工经验进行管理,或单片机控制的单参数,单回路的较多,人们无法,通过自己的经验能精准的控制给予蔬菜水果等植物,最佳适宜生长参数。温室大棚自动化程度不高,效率低。就农作物的生长环境而言,光照,温度,湿度是最基本的要素,而温室大棚的智能监控系统是实现其生产自动化,高效率化的最关键,最重要的环节。作为智能监控系统必须能够实现对以上要素的数据进行采集,分析,处理,并且进行相应的报警和智能控制,从而使得温室大棚的农作物能生长在一个最佳适宜的生长环境中。

二、需求分析

2.1 功能要求

单片机所需电能有太阳能提供,可以设置各种植物生长所需的光照度,温湿度值,系统实时采集环境值,并在液晶上显示。如果超标或不足,系统会自动报警,并自动采取开关灯,开关门,灌溉,卷帘等操作。系统会通过GSM模块给大棚管理者发送报警信息。本系统既可用于大面积的温室大棚种植,也可用于特殊植物的小面积培育。系统架构如图2.1所示:

图2.1 系统架构

图2.1 系统架构

2.2 性能要求

由太阳能供电,湿度测量范围:20%~90%RH,温度测量范围:0~+50℃,信号传输距离可达20米以上,采集的数据信息在液晶上显示。单片机控制GSM模块,将参数信息发送给管理者。

三、方案设计

3.1 系统功能实现原理

如下图所示:该系统主要由以下几大模块组成:太阳能供电模块,传感器模块(光照度传感器,温湿度传感器),GSM模块,智能控制模块(开关门,开关灯,灌溉,卷帘),键盘模块,液晶显示模块。系统硬件结构框图如图3.1所示:

图3.1 系统硬件结构框图

图3.1 系统硬件结构框图

3.1.1 太阳能供电模块

太阳能是一种干净的可再生的新能源,越来越受到人们的青睐,在人们生活、工作中有广泛的作用, 其中之一就是将太阳能转换为电能,太阳能电池就是利用太阳能工作的。

太阳能供电模块采用深圳市万家好太阳能公司生产的5 W多晶硅太阳能电池,最大电压18V,多晶硅太阳能电池的光电转换效率约12%左右。从制作成本上来讲,比单晶硅太阳能电池要便宜一些,材料制造简便,节约电耗,总的生产成本较低,因此得到大量发展。

3.1.2 传感器模块

光照度传感器:光照度是农作物生长的重要参数之一,在设施农业中光照度的检测越来越得到科技工作者的重视。目前设施农业温室大棚环境控制用的光照度检测电路中,所使用的敏感元件大多为硅光电池。实际上光敏二极管较硅光电池有许多优点,有很高的带宽,价格便宜,特别是光电流与光照度之间呈较好的线性关系,因此他在光耦合隔离器、光学数据传输装置和测试技术中得到广泛的应用。因此本系统是根据光敏二极管的感光特性,设计一种简单实用的光照度检测电路。

温湿度传感器: 温湿度对农作物的生长也相当重要。本系统采用的是DHT11数字温湿度传感器,它是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术,确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件,并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中,传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口,使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗,信号传输距离可达20米以上,使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。

3.1.3 GSM模块

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