基于树莓派的温室大棚监控系统设计

摘要：该文针对目前传统温室大棚管理落后、自动化低等缺点，结合物联网技术，提出了一种基于树莓派的温室大棚监控系统设计方案。它以树莓派3B作为控制中心，利用温湿度传感器和光照强度传感器实现对温室大棚内环境的监测，通过sql server和java语言实现了对监测数据的存储和GUI界面的开发，并且可以在手动或自动调节模式下控制外部设备以调节温室大棚环境。经测试，系统操作简单、性能稳定，具有一定的应用价值。

关键词：监控系统；物联网；树莓派

中图分类号：TP20 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2019）06-0205-02

1 背景

温室大棚是一种可以为用户提供种植反季节农作物的农业生产设施，而传统农业管理模式下的温室大棚依然存在着管理复杂、技术落后等缺点[1]。通过物联网技术可以提高温室大棚的生产效率、实现温室大棚的高效管理，顺应了当前农业现代化的发展道路。因此，该文提出了使用树莓派3B作为控制模块，结合温湿度检测、光照强度检测，实现了实时监测温室大棚内温湿度大小和光照强度大小，并将数据存储在数据库中，为管理者提供可以查看当前监测数据和控制外部设备的GUI界面，并可以手动或自动控制外部设备以调节当前温室大棚环境的温室大棚监控系统。

2 系统架构

该系统以树莓派3B为核心、主要由数据采集模块和数据分析模块组成。数据采集模块包含温湿度传感器和光照强度传感器。温湿度传感器用于采集温室大棚内温湿度数据、光照强度传感器用于采集温室大棚内光照强度，数据分析模块将采集的数据存储在数据库中，为管理者提供GUI界面，并通过向外部设备发出控制信号，以实现对外部设备的控制。该设计的系统架构图如下图1所示。

3 系统功能实现

3.1 数据采集模块

数据采集模块功能为从温室大棚中采集环境数据。温湿度采集使用了DHT11数字型温湿度传感器，测量温度范围：0℃-50℃，误差±2℃，测量湿度范围：20%-90%RH，误差在±5%RH。光照强度采集使用了GY30数字型光强度传感器，测量光强范围：0-65535lx，具有价格低、精度高的特点。传感器均需要通过Zigbee实现自组网，并将从各个大棚中采集到的数据传送至协调器中，然后将协调器中的数据通过串口传送到树莓派中[2]。

3.2 数据分析模块

数据分析模块使用了树莓派3B作为控制模块。树莓派由英国慈善组织“Raspberry Pi 基金会”开发，虽然体积小，但基本具备所有计算机的基本功能。它以SD卡作为内存，拥有USB接口、以太网接口和HDMI输出接口，具有体积小、价格低、功能全、扩展性高和开发简单等优点。

数据分析模块获得数据采集模块的数据后，将数据存储在数据库中。该系统使用了sql server的数据库管理软件，数据库管理软件为我们和物理数据库之间提供了一个桥梁，开发人员不必了解物理数据库中的构造，而直接使用数据库管理软件就可以实现数据的存储和增删改查。数据库中相应数据的存储格式如下表1所示。

数据分析模块还需要为管理者提供GUI界面，实现查看监测数据和对外部设备的控制。该系统的GUI界面通过Java语言开发。Java中GUI界面开发需要依次建立若干层容器和组件，以降低各组件的耦合度。然后通过JDBC即用于执行sql语句的Java API实现与数据库的数据交互，并将从数据库中获取

的数据显示在GUI界面上以便管理者进行查看。管理者还可以选择手动调节模式和自动调节模式。手动调节模式中，管理者可以通过GUI界面发送控制信号。自动调节模式中，如果采集的数据超出用户设定的阈值时就会发送控制信号，外部设备接收到控制信号后就会进行工作，实现对温室大棚内环境的调节。

4 测试与结果

该系统的测试[3]主要通过模拟手动调节模式和自动调节模式下系统能否正常进行工作。在手动调节模式下，通过GUI界面实现了对各个外部设备进行控制。在自动调节模式下，当温度过高时，开启降温设备以降低温度；当温度过低时，启动升温设备以提高温度；当湿度过高时，开启通风设备以降低湿度；当湿度过低时，开启加湿设备以提高湿度；当光照强度过低时，开启日光灯以提高光照强度；当光照强度过高时，关闭日光灯以降低光照强度。经测试，系统工作稳定。

5 结束语

该文给出了一种基于树莓派的温室大棚监控系统设计方案，实现了对温室大棚内的数据采集和分析功能。该系统能将监测的温室大棚环将数据存储在服务器中，管理者可以通过GUI界面查看当前和历史数据，实现对外部设备的控制。并且可以根据管理者的需要使用不同的工作模式。该系统交互界面简洁、易于控制、可扩展程度高、性能稳定，具有一定的应用价值。

参考文献：

[1] 李云强. 基于Arduino的智能温室大棚的控制系统设计[J]. 国外电子测量技术， 2018， 37（5）： 114-118.

[2] 李启东， 马雪芬. 基于ZigBee的大棚温湿度监控系统设计[J]. 南方农机， 2019， 50（1）： 50-51.

[3] 韓力英， 杨宜菩， 王杨， 等. 基于单片机的温室大棚智能监控系统设计[J]. 中国农机化学报， 2016， 37（1）： 65-68， 72.

【通联编辑：谢媛媛】

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