基于物联网架构的温室环境温湿度传感器节点设计

引 言

现代化农业生产中的重要一环就是对农业生产环境的一些重要参数进行检测和控制。例如: 空气的温度、湿度、二氧化碳含量、土壤的含水量等[1]。在设施农业种植中，温室环境与作物的生长、发育、能量交换密切相关，进行环境测控是实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证，通过对监测数据的分析，结合作物生长发育规律，控制环境条件，使作物达到优质、高产、高效的栽培目的[2]。

1 系统设计

通过对温室内的空气温湿度和土壤温湿度等参数进行连续检测和采集，形成量化数据。根据采集的数据总结出作物生长所需的最佳环境，通过本地监控系统和远程监控系统实现自动调节、检测，以创造满足作物生长环境的需求[3]。

系统的温湿度检测根据用户的设定完成一定范围的温湿度控制。整个温湿度控制由信号采集、信号分析和信号处理三个部分，温度检测范围 ：25 ℃～ 50 ℃ ；湿度检测范围 ： 25% ～75% RH ；温度、湿度显示方式 LCD 显示。整个系统由单片机系统、复位电路、温度检测、湿度检测、键盘及显示、报警电路、温湿度控制电路等部分组成。系统框架图如图 1 所示。

1.1 电源模块设计

在系统中主要用到 +5 V，+12 V，15 V。为得到所需电源信号，系统采用了电压转换芯片 LM7815、LM7805 和 LM7812，三个芯片的输入分别取 +19 V、+23 V 和 +12 V，经 转换后输出端输出分别为系统所需的 +15 V、+5 V 和 +12 V 电 压。

1.2 传感器模块设计

传感器采用温湿度复合传感器DHT11。控制器与DHT11 的连接电路如图 2所示，DATA上拉后与微处理器的 I/O端口相连。电路中连接线长度短于 20米时用 5.1KΩ上拉电阻，大于 20米时根据实际情况降低上拉电阻的阻值。每次读出的温湿度数值是上一次测量的结果，欲获取实时数据，需连续读取两次，每次读取传感器间隔大于 5秒即可获得准确的数据。

1.3 通信模块设计

通信模块使用工作在 2.4 ～2.5 GHz 的ISM 频段的单片无线收发器芯片 nRF24L01。nRF24L01兼具发射和接收功能， 因此在温湿度采集子节点上用于发送采集环境参数，接收节点上用于接收各个子节点发来的数据。nRF24L01与控制器连接电路如图 3所示。

2 软件设计

对温湿度控制的要求，主要是保证温湿度在一定范围内变化，稳定性好，不振荡，对系统的快速性要求不高。温湿度采集程序主要完成，单片机从传感器DHT11 采集温湿度值， 并通过换算公式计算实际温湿度值，再通过温湿度值计算出露点值。流程图如图 4 所示。

3 结 语

将物联网技术引入到设施农业，能够改变传统的设施农业生产、管理模式，使信息化与农业结合的更加紧密 [4]。还能 为物联网技术的应用提供更加广阔的空间。文中提出了一种基 于物联网架构的传感器节点的设计方案，在温室的温湿度参 数采集中能够比较好地获得实时数据。