基于Android系统的温室智能监控系统

基于Android系统的温室智能监控系统

祝梓豪罗霄

（武汉科技大学电气工程系武汉430081）

摘要：近年来，温室养植业迅速发展，市场前景很被看好。根据现代温室监控与管理需求，本文基于Android系统技术框架，设计了并实现了一种基于Android系统的温室智能监控系统。在基于Android系统技术平台下，创建了应用于移动终端的应用平台，以实时监测现场设备的工作状态，同时进行远程控制。试验表明系统数据传输稳定，环境调控可靠，灵活性和可拓展性强，满足了现代温室智能系统的需求。

关键词：温室；Android系统；智能监控；远程控制

温室大棚智能控制系统是一种智能化管理大棚的科学系统，是提高温室作物产量、减少劳动力成本的关键技术。本文在前期研究成果的基础上，着重介绍一种基于Android系统的远程控制系统。该系统不仅能够实现温室环境参数的自动采集处理、实时显示、可视化的数据查询与分析、环境数据与设备状态的实时更新与同步，尤其能够实现在移动终端上对系统进行远程调控。此系统的开发可操作性强、灵活程度高、易于拓展，完美的实现了人机交互，大大的节省了人力，简单高效且成本低廉。

1系统总体框架

基于Android的温室大棚智能监控管理系统主要由现场监控、远程监控、数据站三部分构成。各模块之间相对独立，又可以协同工作，具有很好的可操作性、可扩展性，可视化程度高、应用范围广。

1.1现场监控系统

现场监控系统使用C/S架构，系统以51单片机为核心，现场监控设备上运行的主系统通过CANopen协议与机遇分布式CAN总线的数据采集、传输、调控系统通信，实现对温室大棚内主要环境指标的采集、处理和设备的控制。各模拟量的设定值及有关软件修正参数等功能由键盘输入，计算结果通过液晶显示屏显示。同时通过CAN总线将控制信号传送至环境调控设备（风机、洒水机、遮光帘等）的工作。

1.2远程监控系统

远程监控系统分为感知层模块、网络层模块和应用层模块３个部分，由感知层模块获取现场环境信号；网络层模块采用串口方式控制WIFi模块，通过移动4G网络或WIFI条件下与Android手机进行通信；应用层模块主要是对系统采集到的数据进行处理分析，并发送信号控制继电器和电机驱动模块以控制温室大棚各应用子系统的开启和关闭，如控制喷滴灌系统、保温系统、通风系统等应用子系统，使温室大棚内的环境接近于人工设定的理想值，使身处异地的工作人员方便对现场进行实时管理。既满足温室作物生长发育的需求，又能增强管理的能动性与灵活性，简单便捷，应用性强。

1.3数据站

数据站是各类数据的存储库，是现场监控系统与远程监控系统的通信桥梁。现场监控系统将CPU处理后的环境指标值、设备状态信息等信息存储到数据站。数据站则上传下达，将各类信息传送至远程客户端，并且接收远程客户的控制命令，写入控制信息列表，现场监控系统则对控制信息列表实时进行轮询，以获取控制信息，实现对现场设备的控制。此外，数据站大量的存储信息，对于历史数据查询、分析提供了非常大的便利。

2温室大棚内的智能控制系统

温室小气候环境具有大时滞性、强耦合性、非线性的特点，所以我们的温室大棚的智能化管理是对不同的环境因素逐一进行调控。在整个智能控制系统中我们风机、暖气机、湿帘、遮阳网、补光灯的组合来对大棚内的环境因素整体进行调控。

2.1温湿度调控系统

作物生长点处的极限平均最高应在34度以下（不损害生长点为宜）。所以我们将温度子程序的上下阈值分别设定为33度和13度。当大棚内的温度达到上行阈值33度时，由温度传感器将数据传送到单片机中，温度子系统判定棚内温度大于上行阈值时则发出动作指令控制大棚内的风机运作从而达到降温的目的；当大棚内的温度达到下行阈值13度时，温度子系统判定棚内温度小于下行阈值时则发出动作指令启动棚内的暖气，并且为了节省开销将暖气温度设置在15度保证作物正常生长，在暖气启动条件下温度达到18度时说明温度回升则发送指令关闭暖气。

2.2光照度调控系统

查询资料得到温室大棚接受光照度适宜的范围是0~65535lux，而在白天接收到的光照度的范围为0~100000lux，超出了大棚能接收的光照度范围，所以需要在光照度超出范围后进行遮光处理，在光照度不足时就需要进行补光操作。本系统对于大棚最宜接受的光照度设定在35klux~51klux，令光照度为hklux，在日照充足的条件下选取n张遮光网进行调控，调控下应该符合如下关系

然而当外部环境缺乏光照时，大棚内需要开启补光灯进行补光操作，设定光照度的下行阈值为20klux，则当检测到外部的光照度低于下行阈值时单片机就控制开启大棚内补光灯进行补光操作，在补光模式下当检测到外部光照度逐渐加强到23klux时则停止补光。

2.3电源模块的设计

由于电机的驱动会对电路稳定性产生较大的干扰，以及WiFi传输模块需要稳定的电流，综上考虑本系统的电源电路采用多电源设计方式，既有效地隔离了电机对电路的影响，又能提供给信息采集和WiFi传输等模块稳定的输入电流，增强了系统运行的稳定性。

3软件设计

散热扇智能控制系统主要设计包含温湿度和光照强度监测两部分，主要由控制中心对传感器数据信号的处理完成。当发生异常状态时，控制系统会根据不同情况做出响应处理。程序设计流程如图1。

图1程序设计流程图

4结语

随着嵌入式控制技术、无线通信技术、信号采集技术及自动控制技术的不断发展，温室环境监控系统将逐渐朝着自动化、可视化、智能化的远程控制方向发展。本文研究的一种基于Android系统的远程控制系统，将手机通过远程数据传输系统与单片机连接，传感器监测到的温室大棚内各项指标可即时传入手机，同时，操作员可以根据天气环境等各方面条件，手动设置控制系统内的各项指标阈值。实现了短信报警和远程控制功能，不但可以减少劳动成本，也可以对温室内环境异常状况进行实时管理和远程控制。

参考文献：

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[2]陈书欣,马洪涛,刘玺.智能温室大棚系统设计[J].河北工业科技,2011,28(4):240-243.

[3]张英梅,傅仕杰.STM32的智能温室控制系统[J].软件,2010,31(12):14-18.

注：省级大学生创新创业训练计划项目（201710488040）