智慧農業(yè)大棚系統(tǒng)設計2019

1、從天空俯瞰荷蘭，你會發(fā)現奇跡般的景觀地面被一塊塊不同的田地拼湊著，由于荷蘭的農業(yè)標準，其中大多數的田地都非常小,并且還會被喧鬧的城市與郊區(qū)分割開。在荷蘭核心的農業(yè)種植地，摩天大樓和制造業(yè)工廠的附近，就是馬鈴薯地、蔬菜大棚和豬舍?？梢哉f，荷蘭超過一半的國土都被用于了農業(yè)與園藝。當然，最顯著的就是蔬菜大棚建筑群，有的大棚建筑群占地面積高達175 公頃（ 2625畝）。他們就像巨型鏡子一樣蔓延在荷蘭國土上，在陽光的照耀下閃閃發(fā)光，到了夜晚則會從內部發(fā)出光芒目錄1需求分析說明1設計背景1組成部分1功能需求12概要設計說明2各模塊功能描述2模塊調用圖2系統(tǒng)執(zhí)行流程圖33詳細設計說明5溫濕亮度檢測模塊5棚

2、頂異物檢測模塊6危險區(qū)域保護模塊6防盜監(jiān)控模塊7蓄水罐液面高度監(jiān)測模塊8火災監(jiān)控模塊8串口控制模塊9燈光控制模塊9遮陽網控制模塊13灌溉模塊144調試分析16終端節(jié)點與協(xié)調器之間通信測試16協(xié)調器與開發(fā)板之間通信測試185用戶使用說明196課程設計總結191 需求分析說明設計背景智能化控制系統(tǒng)應用到大棚種植上，利用最先進的生物模擬技術，模擬出最適合棚內植物生長的環(huán)境，采用溫度、濕度、CO2、光照度傳感器等感知大棚的各項環(huán)境指標，并通過微機進行數據分析，由微機對棚內的水簾、風機、遮陽板等設施實施監(jiān)控，從而改變大棚內部的生物生長環(huán)境。智能大棚是自動化控制程序用于在溫室大棚智能控制的結果：比較人工的

3、控制來說，智能控制最大的好處就是能夠相對恒定的控制大棚內部的環(huán)境，對于環(huán)境要求比較高的植物來說，更能避免因為人為因素而造成生產損失。相對生產來說，將智能化控制系統(tǒng)應用到大棚生產以后，產量與質量比人工控制的大棚都有極大的提高，對于不同的種植品種而言，提高產量與質量相對不同，對于檔次較高的經濟作物來說，生產效率可以提高30%以上。相對運行成本來的核算，對于有一定規(guī)模的種植企業(yè)來說，極大的降低了勞動力成本，設備的投入與運行，可以完全由節(jié)約下來的勞動力成本中核算出來，使用時間越長，光節(jié)約的勞動力成本就是一筆巨大的利潤。組成部分現代化經濟的迅速發(fā)展，促使了人們對機械智能化的強烈認知?，F代化智能溫 室也稱

4、作自動化溫室，是指配備了由計算機控制的可移動天窗、遮陽系統(tǒng)、保溫、濕窗簾/風扇降溫系統(tǒng)、噴滴灌系統(tǒng)或滴灌系統(tǒng)、移動苗床等自動化設施，基于農業(yè)溫室環(huán)境的高科技“智能”溫室。智能溫室的控制一般由信號采集系統(tǒng)、中心計算機、控制系統(tǒng)三大部分組成。功能需求（ 1）對大棚內溫度、濕度、光照情況等基本信息的采集并顯示。（ 2）實現灌溉遠程化、自動化，大大節(jié)省人力成本。（ 3）對大棚整體結構情況的監(jiān)測、火災等突發(fā)事件的檢測并發(fā)出警報。（ 4）實現大棚內燈等基本電器的遠程化、自動化控制，使系統(tǒng)更加智能，用戶體驗感更好。（ 5）實現遮陽網等蔬菜保護機制的遠程化、自動化控制。（ 6）對于監(jiān)測到的大棚內的各種信息輸出

5、到客戶端的顯示屏上。2 概要設計說明各模塊功能描述（ 1）主函數模塊：初始化系統(tǒng)界面，調用各個模塊實現各種功能。（ 2）協(xié)調器模塊：接收各個節(jié)點發(fā)送的數據并通過串口進行轉發(fā)到客戶端，通過串口接收客戶端發(fā)送的指令并轉發(fā)給各個節(jié)點。（ 3）溫、濕、亮度監(jiān)測模塊：使用溫濕度光電傳感模塊對智慧農業(yè)大棚內的溫度、濕度、亮度進行監(jiān)測并實時顯示到控制系統(tǒng)界面上。（ 4）棚頂異物監(jiān)測模塊：使用震動傳感器模塊對智慧農業(yè)大棚的棚頂進行實時監(jiān)測并實時顯示到控制系統(tǒng)界面上。（ 5）危險區(qū)域保護模塊：使用觸摸傳感器模塊對存放藥品等危險區(qū)域、倉庫進行監(jiān)測，一旦監(jiān)測到有人觸摸門把手，立刻在控制系統(tǒng)界面上給出警報。（ 6）防

6、盜監(jiān)控模塊：使用紅外熱釋電傳感器模塊對智慧農業(yè)大棚內進行實時監(jiān)測，有人進入，控制系統(tǒng)界面立刻顯示警報。（ 7）蓄水罐液面高度監(jiān)測模塊：使用超聲波測距模塊對智慧農業(yè)大棚的蓄水罐中水的剩余量進行監(jiān)測，實時顯示在控制系統(tǒng)界面上。（ 8）火災監(jiān)控模塊：使用煙霧傳感器模塊對智慧農業(yè)大棚內進行實時監(jiān)測，一旦檢測到煙霧，控制系統(tǒng)界面上立刻給出警報。（ 9）串口控制模塊：控制COM1 串口的開啟和關閉。（ 10）遮陽網控制模塊：使用電機控制模塊實現智慧農業(yè)大棚遮陽網的收起、放下、緊急停止功能。（ 11）灌溉模塊：使用繼電器控制模塊實現開始智慧農業(yè)大棚的開始灌溉和停止灌溉功能。（ 12）燈光控制模塊：使用電機控

7、制模塊的燈光部分實現對智慧農業(yè)大棚A、B、 C、 D 四個區(qū)的燈光控制。模塊調用圖圖模塊調用圖系統(tǒng)執(zhí)行流程圖捌器的世代國修調節(jié)點帆!匕i吟外蟠電3 詳細設計說明溫濕亮度檢測模塊/*/void MainWindow二updateTempHumiLig() 溫濕亮度ui-lcd_temp-display(temp_humi_light-getTemperature();ui-lcd_humi-display(temp_humi_light-getHumidity();ui-lcd_lig-display(QString:number(temp_humi_light-getLight(), f, 1

8、);void MainWindow二processMsgFromSerial(QByteArray msg)協(xié)調器消息解 析if() setValue(msg);updateTempHumiLig();/*temp_humi_light*/void Temp_Humi_Light:setValue(QByteArray& byte)unsigned char adc_value2;temperature = (byte5 8) + byte6;humidity = (byte7 2;light = (adc_value1*256 + adc_value0) * / 8192;light = l

9、ight / 4;light = light * 913;使用溫濕度光電傳感模塊對智慧農業(yè)大棚內的溫度、濕度、 亮度進行實時 監(jiān)測，溫濕度光電傳感模塊把監(jiān)測的信息發(fā)送給協(xié)調器，協(xié)調器把信息通過串 口 發(fā) 送 到 運 行 著 智 慧 農 業(yè) 大 棚 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 的 開 發(fā) 板 ， 監(jiān) 控 系 統(tǒng) void MainWindow二processMsgFromSerial(QByteArray msg)對接收到的信息進行解 析并實時顯示在監(jiān)控系統(tǒng)的界面上。棚頂異物檢測模塊/*/ 振動事件else if(msg3 = 0x03 & msg4 = 0x01)if(msg5 = 0x01)shake-

10、setState(1);ui-label_shake-setPalette(pe_red);ui-label_shake-setText(棚頂有異物);else if(msg5 = 0x00)shake-setState(0);ui-label_shake-setPalette(pe_black);ui-label_shake-setText(棚頂安全);使用震動傳感?？鞂χ腔坜r業(yè)大棚的棚頂進行異物檢測，震動傳感模塊不斷向協(xié)調器發(fā)送消息，協(xié)調器通過串口向運行著智慧農業(yè)大棚監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)板發(fā)送消息，監(jiān)控系統(tǒng)對消息進行解析。未檢測到震動，在監(jiān)控系統(tǒng)界面上顯示棚頂安全；檢測到震動，在監(jiān)控系統(tǒng)界面上顯

11、示棚頂有異物。危險區(qū)域保護模塊/ 觸摸模塊else if(msg3 = 0x07 & msg4 = 0x01)if(msg5 = 0x01)touch-setState(1);ui-label_touch-setPalette(pe_red);ui-label_touch-setTextC有人進入危險區(qū)域)；else if(msg5 = 0x00)touch-setState(0);ui-label_touch-setPalette(pe_black);ui-label_touch-setTextC無人進入危險區(qū)域);使用觸摸傳感模塊對存放藥品等危險房間進行保護，觸摸模塊可安裝在房間門把手上。

12、一旦有人觸碰該模塊，監(jiān)控系統(tǒng)會立刻從協(xié)調器發(fā)送的消息中解析出，并顯示“有人進入危險區(qū)域”在監(jiān)控系統(tǒng)的界面上；沒有人觸碰該模塊，監(jiān)控系統(tǒng)界面上顯示“無人進入危險區(qū)域”。防盜監(jiān)控模塊/*/ 熱釋紅外傳感模塊else if(msg3 = 0x05 & msg4 = 0x01)if(msg5 = 0x01)infray-setState(1);ui-label_inf_ray-setPalette(pe_red);ui-label_inf_ray-setText(違法者進入);else if(msg5 = 0x00)infray-setState(0);ui-label_inf_ray-setPale

13、tte(pe_black);ui-label_inf_ray-setText(安全);使用熱釋紅外傳感模塊對智慧農業(yè)大棚進行防盜監(jiān)控，熱釋紅外傳感模塊通過協(xié)調器不斷向智慧農業(yè)大棚監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送消息，當監(jiān)測到有人進入大棚時，監(jiān)控系統(tǒng)界面上顯示“違法者進入”；沒有檢測到周圍有人時，監(jiān)控系統(tǒng)界面上顯示“安全”。蓄水罐液面高度監(jiān)測模塊/*/ 超聲波測距模塊else if(msg3 = 0x08 & msg4 = 0x01)int len = 1000 - msg5 * 256 + msg6;/應用于液面檢測 ui-label_ultra-setText(QString:number(len);ultra

14、-setState(len);emit addLog();使用超聲波測距模塊對智慧農業(yè)大棚蓄水罐液面高度進行監(jiān)測，假定蓄水罐高度1000mm (10m),液面高度即為1000mm減去安裝在蓄水罐頂部的 超聲波測距模塊測出的距離，并實時顯示在監(jiān)控系統(tǒng)的界面上。火災監(jiān)控模塊/*/ 煙霧模塊else if(msg3 = 0x04 & msg4 = 0x01)if(msg5 = 0x01) smoke-setState(1);ui-label_fire-setPalette(pe_red);ui-label_fire-setText(發(fā)生火災);else if(msg5 = 0x00)smoke-se

15、tState(0);ui-label_fire-setPalette(pe_black); ui-label_fire-setText(沒有火災);使用煙霧模塊對智慧農業(yè)大棚的火災情況進行監(jiān)測，并通過協(xié)調器向智慧農業(yè)大棚監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送消息。沒有檢測到煙霧時，監(jiān)控系統(tǒng)界面上顯示“沒有火災”；當檢測到煙霧時，監(jiān)控系統(tǒng)界面上顯示“發(fā)生火災”。串口控制模塊/*/void MainWindow:changeSerial(int state)/ 串口打開關閉操作/ 對傳入的參數取反操作if(1 = state)if(serial_server-closeCom()ui-btn_serial-setText(

16、打開)；ui-btn_serial-setStyleSheet(BACKGROUND_COLOR_WHITE); emit addLog(close-success);elseemit addLog(warning!-close-failed);else if(0 = state) if(serial_server-openCom()ui-btn_serial-setText(關閉)ui-btn_serial-setStyleSheet(BACKGROUND_COLOR_GREEN);emit addLog(open-success);elseemit addLog(warning!-open

17、-failed);控制協(xié)調器與運行智慧農業(yè)大棚監(jiān)控系統(tǒng)間的通信，只有在打開串口的狀態(tài)下，用戶才可以通過監(jiān)控系統(tǒng)控制各個模塊。燈光控制模塊/*/void MainWindow:on_btn_light_1_clicked()/A 區(qū)燈光打開 if(-1 = serial_server-writeToSerial(Motor:MSG_LIGHT_AON) emit addLog(warning!-lightA on-failed);return;ui-btn_light_1-setStyleSheet(BACKGROUND_COLOR_GREEN);emit addLog(lightA on-su

18、ccess);lighta=1;void MainWindow:on_btn_light_5_clicked()/A 區(qū)燈光關閉if(lighta = 0)emit addLog(warning!-lightA off-already);return;if(-1 = serial_server-writeToSerial(Motor:MSG_LIGHT_AOFF)emit addLog(warning!-lightA off-failed);return;ui-btn_light_1-setStyleSheet(BACKGROUND_COLOR_GREEN);emit addLog(light

19、A off-success);lighta = 0;void MainWindow:on_btn_light_2_clicked()/B 區(qū)燈打開if(-1 = serial_server-writeToSerial(Motor:MSG_LIGHT_BON)emit addLog(warning!-lightB on-failed); return;ui-btn_light_2-setStyleSheet(BACKGROUND_COLOR_GREEN);emit addLog(lightB on-success);lightb=1;void MainWindow:on_btn_light_6_

20、clicked()/B 區(qū)燈關閉if(lightb = 0)emit addLog(warning!-lightB off-already);return;if(-1 = serial_server-writeToSerial(Motor:MSG_LIGHT_BOFF)emit addLog(warning!-lightB off-failed);return;ui-btn_light_6-setStyleSheet(BACKGROUND_COLOR_GREEN);emit addLog(lightB off-success);lightb = 0;void MainWindow:on_btn

21、_light_3_clicked()/c 區(qū)燈打開if(-1 = serial_server-writeToSerial(Motor:MSG_LIGHT_CON)emit addLog(warning!-lightC on-failed);return;ui-btn_light_3-setStyleSheet(BACKGROUND_COLOR_GREEN);emit addLog(lightC on-success);lightc=1;void MainWindow:on_btn_light_7_clicked()/c 區(qū)燈關閉if(lightc = 0)emit addLog(warning

22、!-lightC off-already);return;if(-1 = serial_server-writeToSerial(Motor:MSG_LIGHT_COFF) emit addLog(warning!-lightC off-failed);return;ui-btn_light_7-setStyleSheet(BACKGROUND_COLOR_GREEN);emit addLog(lightC off-success);lightc = 0;void MainWindow:on_btn_light_4_clicked()/D 區(qū)燈打開if(-1 = serial_server-w

23、riteToSerial(Motor:MSG_LIGHT_DON)emit addLog(warning!-lightD on-failed);return;ui-btn_light_4-setStyleSheet(BACKGROUND_COLOR_GREEN);emit addLog(lightD on-success);lightc=1;void MainWindow:on_btn_light_8_clicked()/D 區(qū)燈關閉if(lightd = 0)emit addLog(warning!-lightD off-already);return;if(-1 = serial_serv

24、er-writeToSerial(Motor:MSG_LIGHT_DOFF) emit addLog(warning!-lightD off-failed);return;ui-btn_light_8-setStyleSheet(BACKGROUND_COLOR_GREEN);emit addLog(lightD off-success);lightd = 0;void MainWindow:on_btn_light_9_clicked()/ 一鍵打開on_btn_light_1_clicked();on_btn_light_2_clicked();on_btn_light_3_clicked

25、();on_btn_light_4_clicked();void MainWindow:on_btn_light_10_clicked()/ 一鍵關閉on_btn_light_5_clicked();on_btn_light_6_clicked();on_btn_light_7_clicked();on_btn_light_8_clicked();遮陽網控制模塊/*/void MainWindow:changeMotor(int state)if(0 = state)/ 電機停止if(-1 = serial_server-writeToSerial(Motor:MSG_MOTOR_STOP)e

26、mit addLog(warning!-emergency stop-failed);return;motor-setState(0);ui-btn_motor_stop-setStyleSheet(BACKGROUND_COLOR_GREEN);ui-btn_motor_b-setStyleSheet(BACKGROUND_COLOR_WHITE);ui-btn_motor_f-setStyleSheet(BACKGROUND_COLOR_WHITE);emit addLog(emergency stop-success);else if(1 = state)電機正轉if(-1 = seri

27、al_server-writeToSerial(Motor:MSG_MOTOR_FORE)emit addLog(warning!-light cover pack up-failed);return;motor-setState(1);ui-btn_motor_f-setStyleSheet(BACKGROUND_COLOR_GREEN);ui-btn_motor_b-setStyleSheet(BACKGROUND_COLOR_WHITE);ui-btn_motor_stop-setStyleSheet(BACKGROUND_COLOR_WHITE);emit addLog(light c

28、over pack up-success);else if(2 = state)電機反轉if(-1 = serial_server-writeToSerial(Motor:MSG_MOTOR_BACK)emit addLog(warning!-light cover put down-failed);return;motor-setState(2);ui-btn_motor_b-setStyleSheet(BACKGROUND_COLOR_GREEN);ui-btn_motor_f-setStyleSheet(BACKGROUND_COLOR_WHITE);ui-btn_motor_stop-

29、setStyleSheet(BACKGROUND_COLOR_WHITE);emit addLog(light cover put down-success);使用電機控制模塊的燈光部分對智慧農業(yè)大棚的A、 B、 C、 D 四個區(qū)進行燈光控制，用戶在智慧農業(yè)大棚監(jiān)控系統(tǒng)界面上的燈光控制區(qū)通過點擊“開啟”、“關閉”等按鈕發(fā)送控制指令，指令通過串口發(fā)送到協(xié)調器并由協(xié)調器進行廣播。添加“一鍵開燈”、“一件關燈”按鈕。灌溉模塊/*/void MainWindow:changeRelay(int state)繼電器模塊操作 / 對傳入的參數取反操作if(1 = state)if(-1 = serial_server-writeToSerial(Relays:MSG_RELAY_CLOSE) emit addLog(warning!-stop irrigate-failed);return;relays-setState(0);ui-btn_relay-setStyleSheet(BACKGROUND_COLOR_WHITE);ui-btn_relay-setText(開始灌溉);emit addLog(stop irrigate-success);else if(0 = state)if(-1 = serial_server-writeToSerial(Relays:MSG_RELAY_O