物联网的温室大棚温湿度自动控制系统的设计
【摘 要】温室的自动化控制对温室农作物的高产、优质和温室生产的高效性有着重大的现实意义，日益成为农业从业者的迫切需求，大棚温室自动控制系统的研究也逐渐成为农业科技发展的重点和热点。针对我国温室自动控制系统自动化程度低的现状，运用单片机和传感器技术，基于开源硬件Arudino和“乐为物联”物联网平台设计了一套温室大棚温湿度实时监控系统。系统通过温湿度传感器DHT11实时获取环境温湿度，应用 Arduino maga2560开发板和 W5100 扩展板将采集的数据上传到“乐为物联”云平台。使用“乐为物联”物联网平台和智能手机为操作终端，实时查看大棚内的温湿度数据，并能够实现根据设定的温湿度阈值条件反向控制Arduino端继电器上执行设备启闭的功能，实现了通过温室大棚智能控制的功能。
【Keywords】：Arduino microcontroller; DHT11; W5100; Internet of things; realtime monitoring; AppInventor2 目录
一、绪论 1
（一）课题背景 1
（二）课题目的和意义 2
1、课题目的 2
2、课题意义 2
（三）主要工作及创新点 2
二、系统总体方案设计 3
（一）系统框图 3
（二） 系统平台选择 4
1、Arduino开发平台介绍 4
2、“乐为物联”平台介绍 4
三、硬件电路设计 6
（一）Arduino Mega2560 6
（二）温湿度传感器DHT11 7
1、DHT11引脚说明 7
2、DHT11数据格式说明 7
（三）Arduino Ethernet W5100网络控制模块 8
（四）系统硬件电路概述 10
四、软件设计 11
（一）单片机主程序设计 11
（二）乐联网平台设置 11
1、注册账户 11
2、添加设备 12
3、添加传感器与控制器 13
五、硬件制作及功能测试 17
（一）项目测试装置介绍 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
17
（二） 系统测试 17
1、温湿度传感器DHT11数据采集程序的测试 17
2、Ethernet W5100 网络模块功能测试 19
3、温湿度传感器DHT11数据采集及上传程序的测试 21
4、“乐为物联”平台反向控制Arduino端继电器的测试 22
（三）系统联调 27
1、具有温度采集、数据上传及反向控制功能的Arduino程序调试 27
2、乐联网平台与Arduino联调 28
结论 35
致 谢 36
参考文献 37
附录一：DHT11温湿度采集的Arduino程序设计 39
附录二：dht11.cpp源代码采集温湿度信息的原理 40
附录三：DHT11温湿度采集及上传的Arduino程序设计 43
附录四：乐联反向控制Arduino端继电器的代码 45
附录五：DHT11温湿度采集、上传及反向控制的Arduino程序设计 47
附录六：开发板原理图 50
一、绪论
（一）课题背景
我国是传统的一个农业大国，历史上曾有过辉煌的农耕文明，取得了举世瞩目的成就。但是与发达国家相比，仍然处在比较低的水平。随着国家信息化水平的快速发展，物联网、大数据、移动互联网等信息技术在农业生产方面得到不同程度应用。信息化技术已初步应用到温室大棚、设施农业、大田种植、畜禽养殖、水产养殖等农业领域，但还未得到全面的推广。在国家十三五规划纲要中明确提出推进农业信息化建设，发展智慧农业。大力发展农业信息化，是加快推进农业现代化、全面建成小康社会的迫切需要。
温湿度的高低对农作物的生长有很大影响，因此，温湿度的检测与控制对温室农作物的高产、优质和温室生产的高效性有着重大的现实意义。传统的温度控制是依靠温室中放置温湿度计，依据人工读数来控制大棚温湿度，这种方法既费时费力，又容易产生误差。随着农业信息化和温室智能控制的飞速发展，温室的自动化控制日益成为农业从业者的迫切需求，大棚温室自动控制系统的研究也逐渐成为农业科技发展的重点和热点。
因此，设计一套智能、准确、实时的可在PＣ机或移动客户端实现监测与控制的温湿度控制系统，具有非常重要的意义。
文献检索发现，目前的温湿度自动控制系统的实现方案主要有几下几种：
1、采用GPRS网络与RS485总线相结合的方案，在每个温室配置一台从控制器，采集大棚内环境参数，通过RS485串口传输给主控制器。每个区域配置一台主控制器，与区域内从控制器构成测控网络，实现数据的交换。GPRS模块连接主控制器，将数据打包分包，从GPRS网络和网关路由将数据包送达 系统数据中心再转发给监控端上位机[1]。
2、以STM32单片机作为控制单元，通过无线温湿度传感器采集，经WIFI技术传输到控制单元，再经WIFI传输实现与PC机和手机APP的通讯[2]；
3、采用开源硬件Arduino与Yeelink 物联网云平台进行监测系统的搭建。通过 DHT11对室内的温度、湿度进行检测，应用Arduino开发板和W5100扩展板对采集的数据进行云平台的上传，并加以显示的[3]。
以太网技术以其价格低廉、稳定可靠、通信速率高、易于组网应用等优势得到广泛应用，但传统以太网需实现TCP /IP 协议栈开发周期长、难度大，而基于WIZnet的 W5100 不但大大缩短了开发周期，降低了开发难度，同时也增强了系统数据传输稳定性。
以太网技术以其价格低廉、稳定可靠、通信速率高、易于组网应用等优势得到广泛应用，而基于WIZnet的 W5100 解决了传统以太网需软件实现TCP /IP 协议栈开发周期长、难度大的问题，同时也增强了系统数据传输稳定性。因此本文提出了一种基于 W5100 的网络温湿度自动控制解决方案，传输数据选择的是以太网网络传输模块Ethernet W5100，实现方式简单；选择乐联网作为云平台，相比较Yeelink而言，用户界面友好，系统稳定性好，并且支持App、微信等等。
【Keywords】：Arduino microcontroller; DHT11; W5100; Internet of things; realtime monitoring; AppInventor2 目录
一、绪论 1
（一）课题背景 1
（二）课题目的和意义 2
1、课题目的 2
2、课题意义 2
（三）主要工作及创新点 2
二、系统总体方案设计 3
（一）系统框图 3
（二） 系统平台选择 4
1、Arduino开发平台介绍 4
2、“乐为物联”平台介绍 4
三、硬件电路设计 6
（一）Arduino Mega2560 6
（二）温湿度传感器DHT11 7
1、DHT11引脚说明 7
2、DHT11数据格式说明 7
（三）Arduino Ethernet W5100网络控制模块 8
（四）系统硬件电路概述 10
四、软件设计 11
（一）单片机主程序设计 11
（二）乐联网平台设置 11
1、注册账户 11
2、添加设备 12
3、添加传感器与控制器 13
五、硬件制作及功能测试 17
（一）项目测试装置介绍 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
17
（二） 系统测试 17
1、温湿度传感器DHT11数据采集程序的测试 17
2、Ethernet W5100 网络模块功能测试 19
3、温湿度传感器DHT11数据采集及上传程序的测试 21
4、“乐为物联”平台反向控制Arduino端继电器的测试 22
（三）系统联调 27
1、具有温度采集、数据上传及反向控制功能的Arduino程序调试 27
2、乐联网平台与Arduino联调 28
结论 35
致 谢 36
参考文献 37
附录一：DHT11温湿度采集的Arduino程序设计 39
附录二：dht11.cpp源代码采集温湿度信息的原理 40
附录三：DHT11温湿度采集及上传的Arduino程序设计 43
附录四：乐联反向控制Arduino端继电器的代码 45
附录五：DHT11温湿度采集、上传及反向控制的Arduino程序设计 47
附录六：开发板原理图 50
一、绪论
（一）课题背景
我国是传统的一个农业大国，历史上曾有过辉煌的农耕文明，取得了举世瞩目的成就。但是与发达国家相比，仍然处在比较低的水平。随着国家信息化水平的快速发展，物联网、大数据、移动互联网等信息技术在农业生产方面得到不同程度应用。信息化技术已初步应用到温室大棚、设施农业、大田种植、畜禽养殖、水产养殖等农业领域，但还未得到全面的推广。在国家十三五规划纲要中明确提出推进农业信息化建设，发展智慧农业。大力发展农业信息化，是加快推进农业现代化、全面建成小康社会的迫切需要。
温湿度的高低对农作物的生长有很大影响，因此，温湿度的检测与控制对温室农作物的高产、优质和温室生产的高效性有着重大的现实意义。传统的温度控制是依靠温室中放置温湿度计，依据人工读数来控制大棚温湿度，这种方法既费时费力，又容易产生误差。随着农业信息化和温室智能控制的飞速发展，温室的自动化控制日益成为农业从业者的迫切需求，大棚温室自动控制系统的研究也逐渐成为农业科技发展的重点和热点。
因此，设计一套智能、准确、实时的可在PＣ机或移动客户端实现监测与控制的温湿度控制系统，具有非常重要的意义。
文献检索发现，目前的温湿度自动控制系统的实现方案主要有几下几种：
1、采用GPRS网络与RS485总线相结合的方案，在每个温室配置一台从控制器，采集大棚内环境参数，通过RS485串口传输给主控制器。每个区域配置一台主控制器，与区域内从控制器构成测控网络，实现数据的交换。GPRS模块连接主控制器，将数据打包分包，从GPRS网络和网关路由将数据包送达 系统数据中心再转发给监控端上位机[1]。
2、以STM32单片机作为控制单元，通过无线温湿度传感器采集，经WIFI技术传输到控制单元，再经WIFI传输实现与PC机和手机APP的通讯[2]；
3、采用开源硬件Arduino与Yeelink 物联网云平台进行监测系统的搭建。通过 DHT11对室内的温度、湿度进行检测，应用Arduino开发板和W5100扩展板对采集的数据进行云平台的上传，并加以显示的[3]。
以太网技术以其价格低廉、稳定可靠、通信速率高、易于组网应用等优势得到广泛应用，但传统以太网需实现TCP /IP 协议栈开发周期长、难度大，而基于WIZnet的 W5100 不但大大缩短了开发周期，降低了开发难度，同时也增强了系统数据传输稳定性。
以太网技术以其价格低廉、稳定可靠、通信速率高、易于组网应用等优势得到广泛应用，而基于WIZnet的 W5100 解决了传统以太网需软件实现TCP /IP 协议栈开发周期长、难度大的问题，同时也增强了系统数据传输稳定性。因此本文提出了一种基于 W5100 的网络温湿度自动控制解决方案，传输数据选择的是以太网网络传输模块Ethernet W5100，实现方式简单；选择乐联网作为云平台，相比较Yeelink而言，用户界面友好，系统稳定性好，并且支持App、微信等等。
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