DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2017.09.030
引 言
根據我國的國情，農業較工業而言占據較大比重。但我國農業工業化水平較低，傳統農業大棚較多。傳統的農業大棚存在以下弊端：
(1) 傳統農業大棚基本都采用人工管理，管理程序多且復雜，同時人工管理投入大，容易產生錯誤，易造成大棚溫度過高、過低、過潮、過干等；
(2) 由人工管理的農業大棚無法實時監測大棚的狀態，
(3) 傳統大棚燃料消耗較大，導致成本較高，降低了收益。傳統農業大棚生產效率低、成本高、產量低等特點已無法滿足工業信息化時代的要求。隨著我國人口逐漸增多，人民生活條件也逐漸改善，傳統大棚已不能滿足現代人的需求，開發智能管理大棚勢在必行！
1 系統方案介紹
系統基于LPC4357，使用溫度、濕度、光敏傳感器檢測農業大棚的溫濕度和光照值，通過 ZigBee 將數據傳送給主控， 并將最終數據在LCD上顯示出來。
本設計系統框圖如圖 1 所示。本設計由數據采集模塊、ZigBee 無線傳輸模塊、主控模塊和自動調節模塊等組成。數據采集模塊將采集到的溫濕度和光照信息通過ZigBee 協議棧傳送給與LPC4357 連接的ZigBee 節點；ZigBee 節點再通過串口將數據發送至LPC4357 主控模塊 ；如果某一大棚的參數超過設定值，液晶屏會出現紅色告警，如果溫度過高則開啟風扇進行通風降溫，若土壤濕度過低，則啟動自動灌溉裝置進行灌溉。
2 硬件設計
2.1 主控模塊介紹
LPC4357 擁有 Cortex-M4 處理器與 32 位的 ARM，最 高運行頻率為 168 MHz，內部集成 1 MB 閃存，192+4 KB 的 SRAM，可外擴 Micro SD 卡存儲，6 路串口，工作溫度范圍 為 0 ℃ ~ 40 ℃，工作電壓為 5 V。
PF9 控制風扇繼電器，驅動降溫控制；由 PF10 控制土 壤灌溉繼電器，驅動自動灌溉裝置。
2.2 ZigBee 無線通訊模塊介紹
ZigBee 技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、 低成本的雙向無線通訊技術。主要用于短距離、低功耗且傳 輸速率不高的各種電子設備之間進行數據傳輸及典型的有周 期性數據、間歇性數據和低反應時間數據的傳輸。
ZigBee 無線傳輸模塊以 CC2530 芯片為核心進行相互間 的通訊。本設計有 5 個 ZigBee 節點，其中 1 個為接收，其余 4 個為發送。4 個發送節點分別發送大棚溫度、濕度、光照和 土壤濕度值。
2.3 各傳感器介紹
本設計用到的傳感器包括溫度傳感器 DS18B20、濕度傳 感器 DHT11、光敏電阻以及土壤濕度傳感器。這些傳感器負 責采集信息，并將采集到的信息分別通過 4 個 ZigBee 發送模塊發送給接收模塊。
2.4 串口電路
發送端通過串口將數據發送至無線協議棧中，通過無線發送給接收端，接收端接收到信息后通過串口發送給 LPC4357 主控制板，主控制板接收、處理串口信息進行界面顯示，進行數據處理后，LPC4357 通過一個IO 口發送控制信號，以此來驅動自動灌溉裝置或降溫裝置。
3 軟件設計
3.1 軟件環境介紹
本設計運用Keil 公司研發的RealView MDK 軟件，該編程軟件被全球超過十萬嵌入式工程師或學者使用，是ARM 公司最新推出的針對各種嵌入式處理器的軟件開發工具。它集成了業界領先技術，融合了中國多數軟件工程師所需要的特點和功能。μVision4 集成開發環境支持ARM7、ARM9 和最新的Cortex-M3 內核處理器，自動配置啟動代碼，具有強大的性能分析功能。
3.2 子節點 ZigBee采集傳感器
ZigBee 接收流程如圖 2 所示。先檢測傳感器是否存在或完好，若存在或完好，讀取傳感器信息并進行轉換，最終將數據寫入無線協議中并發送。
3.3 ZigBee 接收流程
ZigBee 接收流程如圖 3 所示。接收端接收到數據后進行 數據幀頭匹配，完成之后對數據進行判斷，從而控制自動調 節模塊。
4 系統測試
與一般溫室大棚相似，應設定參數滿足其光照、滴灌、 大棚內二氧化碳濃度、濕潤度以及土壤酸堿度等。測試周期 控制為一周，采樣時間間隔設定為1小時，本系統采用模擬測試， 搭建按比例縮小的農作物溫室大棚，對環境參數采集 24 組數 據，對溫度、濕度、光照、土壤濕度進行監測。
通過自動灌溉裝置與降溫裝置將數據控制在設定范圍。 一周監測數據如圖 4 所示，光照平均值如圖 5 所示。
5 結 語
對一周的數據進行分析可以看出，本設計可以實現農業 大棚監測及控制，解決了農業大棚看護不科學、不及時，從而 造成農業產量下降，甚至無法收獲農作物的問題。
