嵌入式植物工厂智能监控系统的设计与开发

发布时间：2020-09-16 07:41

　　 近年来,世界人口逐渐增加,耕地面积日益减少,环境恶化,自然灾害频发,仅靠耕地难以满足市场对食品的数量和高品质要求。多层次立体栽培,大规模生产高品质、无污染作物的植物工厂是解决上述矛盾的重要途径。本文主要针对植物工厂的作物生长环境控制技术进行研究,结合嵌入式技术、无线通信技术以及自动控制技术等,设计一种适合植物工厂作物生长的环境监控系统,对植物工厂作物的温湿度、光照强度、CO2浓度等进行实时监控。论文首先阐述了植物工厂的发展现状,然后对植物工厂智能监控系统的需求进行分析,设计了系统的整体结构;接着根据系统整体结构和功能要求,对系统硬件软件进行了详细设计;最后以水培植物培养架搭建系统实验测试平台,对智能监控系统进行实验测试。系统硬件采用嵌入式主控制器(Raspberry Pi 3 Model B)与终端控制器(Arduino Mega2560)相结合作为系统主控核心,以AM2320温湿度传感器、HSTL-GZD光照传感器、MG811二氧化碳传感器为采集终端,设计并搭建了电源转换、RS485转UART、串口电平转换和接口电路。Arduino Mega 2560根据传感器采集值与设置值的比较,通过控制输出PWM实现对LED灯条的控制,通过控制GPIO口输出高低电平控制继电器的吸合与关闭,实现对风扇、水泵、加湿器、加热器等的控制。系统软件设计主要包括:PC主机监控界面设计、数据库设计、PC主机与嵌入式主控制器Socket编程、嵌入式主控制器与终端控制器的串口通信程序、环境因子采集程序及执行元件的控制程序等。最后,以水培植物培养架搭建了实验测试平台,对设计开发的嵌入式植物工厂智能监控系统进行实验测试。测试结果表明系统满足设计要求,可拓展性强,稳定性好。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：S31;TP277
【部分图文】：

华南理工大学工程硕士学位论文去采摘植物果实的设备，这些都是高科技发展趋势下的产物[27]。从这些国家研究植物工厂过程中的经验和成果能够看得出，在植物工厂中引入更多的信息化、智能化和计算机控制技术，是农业技术发展的必然趋势[28]。这种趋势下，将会实现效益的成倍化增加，投入成本大幅度的减少，并且能够进一步的保护自然环境，提高国家在世界贸易当中的竞争力，植物工厂经过几十年的发展，出现了很多模式，最为典型的几个工厂模式如下图所示：

LED灯条及灯板

集成 Wifi 模块，并且开发语言也较为单一，价格也比树莓派昂贵不少。因此选择性价比更高的树莓派 3 代作为本系统的主控制器。本系统采用树莓派最新版本 Raspberry Pi 3 Model B，其实物图如图 3-1 所示。其主要性能参数如下[48]：(1)搭载 1.2GHz 的 64 位四核处理器（ARM Cortex-A53 1.2GHz 64-bit quad-coreARMv8 CPU）；(2)1 GB LPDDR2 存储器、一个 microSD 卡插槽；

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本文编号：2819587