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1、基于W5100的网络化温室大棚环境监测系统摘要：温室大棚正朝着自动化和智能化的方向发展。本文设计了基于W00的网络化温室大棚监测系统,系统由环境参数采集端和监控中心两部分组成,采集终端以处理器LPC12为控制核心，负责采集温室大棚内的环境信息,通过与监控中心服务端建立TCP网络连接，把监测到的数据传送到监控中心的机上进行显示，并备份到数据库Acess2003里进行历史数据查询和统计分析,从而摆脱了管理温室大棚监测在地理位置上的局限性。实验结果表明，利用VC+.o开发的温度监测软件功能强大，能够实时动态的显示曲线、数据备份、系统设置、网络连接和数据统计分析等功能，为研究农作物的生长提供强有力的数
2、据支持。关键词：网络控制器W51 00;环境监测;温室大棚监测系统0引言温室大棚是农业的重要组成部分，是解决菜篮子工程的重要项目之一，正朝着自动化和智能化的方向发展。农作物对生长环境中的温度、湿度以及光照都特别敏感,一旦温室大棚里的这些环境指标控制不好就很容易导致作物减产,甚至病变死亡的情况。同时，长期以来温室大棚依靠人工管理，还存在效率低、生产成本高、消耗人力资源等缺点。伴随着信息技术的推广，依托计算机和通信科学的智能化管理势在必行。为实现温室大棚的信息化管理，采用C/S架构设计了远程环境监测系统，客户端能将远程温室大棚里的实时环境信息通过计算机网络传输到监控中心,监控中心的软件能够对这些数
3、据进行处理、显示、分析和统计等工作。随着农业科技的发展，以及国家对三农的的高度重视，特别是国家012农业国家一号文件颁发后。国家科技园、各大农业园区、农场等农业机构企业积极寻求在良种培育、节本降耗、节水灌溉、农机装备、新型肥药、疫病防控、加工贮运、循环农业、海洋农业、农村民生等方面的高新技术，力求突破现存的农业技术瓶颈，真正实现现代化农业。 浙江托普仪器有限公司和浙江大学合作积极响应科技兴农政策突出农业科技创新重点，研发出农业物联网智能控制系统通过通过射频识别(rfid)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备等新型技术将农业和互联网连接起来提大大提高了农业生产的工作效率和精细管理
4、，避免了“瘦肉精”、 “毒辣椒粉”、“红心鸭蛋”等问题的再次发生,保证了食品的安全和产量。目前此物联系统已在全国多家科技园、示范园区、农场、科研所、院校等区域成功运行，技术稳定成熟,功能齐全。为在农业种植业、畜牧养殖业等领域的生产关键环节建立智能化控制、信息化管理的现代农业项目提供了强有力的技术支持。物联网的实施将大大提高国家推进科技创新增强农产品的步伐。农业物联网将开启农业生产腾飞的新篇章。托普农业物联网核心产品均属于自有品牌,自主研发生产。托普农业物联网系统主要包括三个层次：感知层：采用各种传感器（如温湿度、光照、CO2、风向、风速、雨量、土壤温湿度等)获取植物的各类信息。传输层:信息通过
5、无线网络传输系统和信息路由设备传到控制中心,各个节点可以自由配对、任意监控、互不干扰。应用层：根据SN获取植物实时生长环境。图温湿度、光照参数等，收集各个节点的数据,进行存储和管理实现整个测试点的信息动态显示,并根据各类信息进行自动灌溉、施肥、喷药、降温补光等控制、对异常信息进行自动报警。加装摄像头可以对每个大棚和整个园区进行实时监控。、系统总体设计网络化温室大棚环境监测系统采用/架构设计，由多个环境监测点和监控中心组成。系统总体结构如图l所示。环境监测点主要负责通过传感器获取温室大棚内的温度、湿度和光强信息,并将这些数据传送到监控中心;监控中心主要负责接收温度采集终端返回来的数据包,对数据包
6、进行解包、处理、分析、显示和数据备份等功能。采用VC+平台设计的监控软件具有动态曲线显示、系统设置、网络连接和历史查询等功能，该系统能为研究农作物的生长提供强有力的数据支持。环境监测终端硬件设计环境监测点硬件主要包括嵌入式处理器LPC229、网络控制器W510、温湿度传感器SHTll、光强传感器TSL2561以及报警单元等模块组成。硬件结构如图2所示。.处理器LPC129PC是基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32位RM7 TDIS的微处理器，其结构是基于精简指令集计算机原理设计的,采用流水线技术，处理和存储系统的所有部分都可连续工作，可实现高达0Mz工作频率，工作电压为3，内核工作电压仅为1
7、.V,大大降低了芯片的功耗。并带有256字节嵌入的高速Flsh存储器,128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行，多达9个外部中断,多个2位定时器、4路loRADC；具有2个6C550工业标准UART、40kz高速12C接口和2个PI接口。PC22微处理器作为系统的核心，主要配合其他模块实现对温度、湿度、光强的采集、网络数据通信和报警等工作。2网络控制器W5100W00是一款多功能的单片网络接口芯片，内部集成有100M以太网控制器。由于W5100内部集成了全硬件的、且经过多年验证的TCPI协议栈、以太网介质传输层MA和物理层HY，支持TCP、D、IPv4,CM
8、P、A、GP和PPPoE。同时100内部还集成有KB存储器用于数据传输。使用W5100不需要考虑以太网的控制，只需要进行简单的端口Soke编程，所以在使用W5100的时候，可以在没有操作系统的平台上实现Iternet连接。主要应用于高集成、高稳定、高性能和低成本的嵌入式系统中。LPC212与W5100连接非常简单，就像访问外部存储器一样。W100提供了3种接口方式：直接并行总线、间接并行总线和SPI总线。系统采用的是SPI接线方式，这种方式简单,只需通过处理器的SPI接口向W510发送各种指令即可。2.3温湿度传感器温湿度传感器HT1将温度感测、湿度感测、信号变换、AID转换和加热器等功能集成
9、到一个芯片上，两个敏感元件分别将湿度和温度转换成电信号,该电信号首先进入微弱信号放大器进行放大，然后进入一个14位的D转换器，最后经过二线串行数字接口SC和A输出数字信号,支持R传输校验,传输可靠性高。内部结构如图3所示。出厂前，都会在恒湿或恒温环境巾进行校准，校准系数存储在校准寄存器中，在测量过程中,校准系数会自动校准来自传感器的信号；相对湿度测量范围为10,精度为3.5；温度测量范围为一40+120。C，精度为0.5C,有测量精度高、响应速度快、接口简单、低功耗等优点。处理器LPC212的SCk和DTA接口直接与HTl对应相接，就可获得传感器的温度和湿度信息,利用降低分辨率的方法提高测量速
10、率,减小芯片的功耗,当测量和通信结束后，其自动转入低功耗模式。.4光强传感器261是TOS公司推出的第二代光强数字转换芯片，用于将光照强度转换成数字信号输出,具有直接与2C衔接的接口，具有高速、低功耗、宽量程、可编程灵活配置等优点。TSL51内部连接一个光敏二极管(通道)和一个红外响应光敏二极管(通道1)。这个集成电路具有提供20位动态范围内近适光响应的能力。两个集成的积分式/D转换器,可将光敏电流转换成一个数字输出,并存入芯片内部通道和通道1各自的寄存器中,数字输出表示测量每一个通道的光强。微处理器PC2129可直接通过12总线协议访问TS2561，只需将该总线的时钟线和数据线直接与TSL2
11、561的1C总线的SCL和SDA线分别相连即可工作,读写其内部的16个寄存器的来实现对T2561的控制。3软件设计环境监测客户端开机后首先进行初始化，然后主动与监测中心的服务端建立TP网络连接。网络连接成功后，获取环境参数数据，依次分别获取温度、湿度和光强传感器的输出值,再将这些数据与系统内预设的环境参数范围作比较,如果某些参数超出设定的范围就发出报警信号,让工作人员及时调整温室大棚内的对应环境参数,之后将这些数据打包并发送至监控中心的服务端，数据发送成功后将继续进入循环；如果数据发送失败,则需要重新初始化程序,直到与服务端建立连接T连接后为止。软件流程图如图4所示。4、测试结果分析在wido
12、ws操作系统环境下,利用VC+6 0编写温室大栅监控软件.监控软件主要由温度、湿麈和光强度三个模块组成的。TCPServe控件作为服务器建立与各温室大棚环境监渊客户端TP连接.将来自各监测终端数据包经过分析处理，通过Techart控件绘制动态曲线直观显示出来。监控软件具有系统设置、网络连接、历史数据再现、数据统计等功能。通过温室大棚里的温度数据进行测试,采集到的数据曲线如图5所示。曲线历史皴据在10-0915日0:00201-098日16:38：7的历史值。对实验结果分析：在夜晚的时候温室大棚内的沮度会有明显的降低，到早上10点左右温度又有明显的上升,一般在下午2点左右温度达到最高。根据农作物
13、对温度的影响就可以采取有效措施，控制沮度在一定的范围之内。5结论系统可以24小时实时感知沮室大棚内的温度、空气湿度和光照等信息，井通过计算机阿络发送到监控中心，从而摆脱了管理温室大棚监确环境参数在地理位置上的局限性。该系统经过谢试.工作稳定、监荫数据准确可靠，对具有一定规模的种植企业来说,能极大的降低劳动力成本,为研究农作物的生长提供强有力的数据支持，进而改变温室大棚内部的环境适应作物更好生长。参考立棘:【1】薛琦,孙曼，张志台基于单片，T8S5的沮撮度控朝位化工自动化夏仪表2010，7():6【2】刘沽.i祖.米顾利基于LPC2138的小墅足球机器人控觏幕统设计【月材造业自动化2008,3(3)：4_4【3】陈傅海,幕艟明低功耗温室无线测量节点的设计lJ自动化仪表,210,3I(5)：5+68【4】栖明息.桶鹏史旺旺基于TS251的无线光强传寐器节点设计单片机与嵌人式系统应用，201“）:8_0【张星f向军，文璃程基于TCf协议的无线远程温湿度监控系统【仪表拄术与传巷器，2008(0:4446。
