一种智能温室物联网系统的制作方法

本实用新型涉及物联网设备技术领域，特别涉及一种智能温室物联网系统。

背景技术：

物联网是通过二维标识码识度设备、射频识别装置、红外感应器、全球定位系统和激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网是新一代信息技术的重要组成部分，物联网中所有的元素，所有的设备、资源及通信等，都是个性化和私有化的，其目的是实现物与物、物与人、所有的物品与网络的连接，从而方便识别、管理和控制。

蔬菜、水果和花卉在人们日常生活中式必不可少的物品，随着城市建设和人们生活质量的逐渐提高，蔬菜、水果和花卉需求的数量和品种也逐渐增多，质量要求也逐渐提高。而且市场需求反季节条件下蔬菜、水果和花卉进行产出，传统栽培方式在如今的社会需求下已经无法满足要求，因此需要更精确的对作物生长进行控制。

目前农业生产中还没有采用智能监测终端对温室内的环境参数进行实时监控，主要还是采取人工调控的方式，效率低下，及时性差，容易导致温室内的饲养植物受到损坏。因此，亟需一种基于物联网的温室智能监控装置，能够迅速地根据温室内的不同环境情况进行反馈。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种智能温室物联网系统，采用先进的传感器技术、单片机技术和通信技术，对温室内的温度和湿度等参数进行检测、预警及控制，集监、控、管于一体的温室智能化监控系统，实现了对植物生长环境的智能化控制，改变了传统温室依靠人工操作的缺点。

(二)技术方案

一种智能温室物联网系统，包括信号采集输入模块、单片机处理模块和输出模块，所述信号采集输入模块包括温度传感器单元和湿度传感器单元，所述输出模块包括报警单元、串口通信单元、无线通信单元和控制执行单元，所述温度传感器单元采集温室内的环境温度，所述湿度传感器单元采集温室内的环境湿度，分别送入所述单片机处理模块进行比较处理，由所述报警单元报警提醒，所述单片机处理模块通过所述串口通信单元与上位机进行串行通信，所述控制执行单元接收所述上位机的反馈指令驱动通风系统、遮阳系统、喷淋系统和加热系统工作，同时采集的环境参数通过所述无线通信单元发送给移动终端。

进一步的，所述温度传感器单元包括温度传感器、第一电容和第一电阻，其中所述温度传感器为单线式数字温度传感器DS18B20。

进一步的，所述湿度传感器单元包括湿度传感器、定时器和第二～第五电阻，其中所述湿度传感器为电容式湿度传感器HS1101，所述定时器为8pin CE555。

进一步的，所述单片机处理模块包括单片机芯片、石英晶振、按键开关、第二～第四电容、第六和第七电阻，其中所述单片机芯片为STC89C54RD。

进一步的，所述报警单元包括蜂鸣器、第一三极管和第八电阻。

进一步的，所述串口通信单元包括接口芯片、第二三极管和第九～第十一电阻，其中所述接口芯片为8pin MAX485。

进一步的，所述无线通信单元为8pin NRF24L01。

进一步的，所述控制执行单元包括光耦合器、驱动电机、第三三极管、发光二极管、二极管和第十二～第十四电阻。

(三)有益效果

本实用新型提供了一种智能温室物联网系统，采用先进的传感器技术、单片机技术和通信技术，对温室内的温度和湿度等参数进行检测、预警及控制，集监、控、管于一体的温室智能化监控系统，实现了对植物生长环境的智能化控制，改变了传统温室依靠人工操作的缺点，提高了种植效率，使植物在不适宜生长发育的反季节中，获得适宜的环境条件，达到早熟、优质、高产的目的，其电路结构简单，成本低廉，功耗低，检测精度高，性能稳定，具有良好的后期可扩展性，且基于单片机的控制系统实现了智能化、节能化、网络化，是现代温室智能控制的发展方向。

附图说明

图1为本实用新型所涉及的一种智能温室物联网系统的结构框图。

图2为本实用新型所涉及的一种智能温室物联网系统的温度传感器单元电路原理图。

图3为本实用新型所涉及的一种智能温室物联网系统的湿度传感器单元电路原理图。

图4为本实用新型所涉及的一种智能温室物联网系统的单片机处理模块电路原理图。

图5为本实用新型所涉及的一种智能温室物联网系统的报警单元电路原理图。

图6为本实用新型所涉及的一种智能温室物联网系统的串口通信单元电路原理图。

图7为本实用新型所涉及的一种智能温室物联网系统的无线通信单元电路原理图。

图8为本实用新型所涉及的一种智能温室物联网系统的控制执行单元电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型所涉及的实施例做进一步详细说明。

如图1所示，一种智能温室物联网系统，包括信号采集输入模块、单片机处理模块和输出模块，信号采集输入模块包括温度传感器单元和湿度传感器单元，输出模块包括报警单元、串口通信单元、无线通信单元和控制执行单元，温度传感器单元采集温室内的环境温度，湿度传感器单元采集温室内的环境湿度，分别送入单片机处理模块进行比较处理，由报警单元报警提醒，单片机处理模块通过串口通信单元与上位机进行串行通信，控制执行单元接收上位机的反馈指令驱动通风系统、遮阳系统、喷淋系统和加热系统工作，同时采集的环境参数通过无线通信单元发送给移动终端。

如图2所示，温度传感器单元包括温度传感器U1、电容C1和电阻R1。由于需要采集温室内多点温度或温室群的温度，因此温度传感器U1采用单线式数字温度传感器DS18B20，其结构简单不需要外接电路，仅用一根I/O数据线传输数据。每只DS18B20由独立的序列号，实现多个DS18B20挂接在一根数据线上分别检测多点温度。DS18B20转换后的代码并不是实际的温度值，需要进行计算转换。温度高字节中的前五位用来保存温度的正负，高字节的后三位和低字节八位用来保存温度值，其中低字节的低四位保存温度的小数位。

如图3所示，湿度传感器单元包括湿度传感器、定时器U2和电阻R2～R5，其中湿度传感器为电容式湿度传感器HS1101，定时器U2为8pin CE555。HS1101的工作机理是当基于电极间的感湿材料吸附环境中的水分时，其介电常数随之变化，等效电容与环境中水分的关系表示为其中ε₀是真空介电常数，ε_μ是感湿材料的介电常数，S是电容式传感器的有效面积，d为感湿膜厚度。HS1101和CE555组成多谐振荡器，将湿度与电容的关系转化为湿度与频率的关系，测量频率达到检测湿度的目的。

如图4所示，单片机处理模块包括单片机芯片U3、石英晶振X1、手动复位开关S1、电容C2～C4、电阻R6和R7，其中单片机芯片U3为STC89C54RD。STC89C54RD是一种低电压、高性能的CMOS 8位单片机，片内含有16KB可反复擦写的Flash只读程序存储器和1280B的随机存储数据存储器，32个I/O口线，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。温室内的温度通过DS18B20采集送入单片机U3的P0.7口，湿度转换为频率送入单片机U3的P2.7口。

如图5所示，报警单元包括蜂鸣器B1、三极管Q1和电阻R8。选用蜂鸣器B1作为报警发生装置，PNP三极管Q1作为驱动，考虑到I/O口的驱动能力，单片机U3将以灌电流形式控制蜂鸣器B1发声。控制I/O口由单片机U3的P0.6脚提供，当I/O口为低电平时，蜂鸣器B1发声，为高电平时，蜂鸣器B1停止发声。

如图6所示，串口通信单元包括接口芯片U4、三极管Q2和电阻R9～R11，其中接口芯片U4为8pin MAX485。单片机U3与上位机之间的串口通信采用符合RS-485电气标准的MAX485芯片，其抗干扰能力强，共模抑制比高，当以100KB/S的速率传输时，可传送的距离为1.2m，能实现多点对多点的通信，很好地解决了温室分布零散和集中管理的矛盾，非常适合温室规模扩大时监控系统的扩展。采集的环境参数通过RXD脚和TXD脚至接口芯片MAX485传输给上位机进行处理，并等待上位机反馈的控制命令，控制相应的执行机构。

如图7所示，无线通信模块U5为8pin NRF24L01，其中第八脚为中断请求输出端，接至单片机U3的外部中断P0.5口。装置通过无线通信模块U5与移动终端进行数据传输，对温室内的温度和湿度等环境参数进行远程监控。

如图8所示，控制执行单元包括光耦合器U6、驱动电机K1、三极管Q3、发光二极管LED1、二极管D1和电阻R12～R14。单片机U3的P1.2口输出控制信号，实现对温室内各环境参数的调节，为避免驱动电机K1产生的电磁干扰，采用光耦合器U6隔离单片机U3的I/O口与驱动电路。系统自动检测温室内的温度和湿度，控制执行单元驱动通风机、加热器、喷淋水泵、遮阳幕帘等设备，是智能控制系统的执行者。在植物底部和温室上方安装热水管道进行加温，管道内水温控制在60～80℃，底部加温对植物的健康成长十分有益，上方管道加温使温室加热均匀，有利于植物生长。当温度低于预设值时，启动加热循环水升温；当温度高于预设值时，开启通风机降温。若湿度低于预设值时，启动喷淋水泵增湿，反之则启动通风机除湿。

本实用新型提供了一种智能温室物联网系统，采用先进的传感器技术、单片机技术和通信技术，对温室内的温度和湿度等参数进行检测、预警及控制，集监、控、管于一体的温室智能化监控系统，实现了对植物生长环境的智能化控制，改变了传统温室依靠人工操作的缺点，提高了种植效率，使植物在不适宜生长发育的反季节中，获得适宜的环境条件，达到早熟、优质、高产的目的，其电路结构简单，成本低廉，功耗低，检测精度高，性能稳定，具有良好的后期可扩展性，且基于单片机的控制系统实现了智能化、节能化、网络化，是现代温室智能控制的发展方向。

上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定。在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域普通人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。