物联网环境监测系统设计与大豆生长应用

1.系统设计

近年来，随着科学技术水平不断提升，智能化的技术被应用于农业生产活动中去，改变了传统的种植模式，提高了农业种植效率和发展水平。为了实现大豆种植的智能化设计要求，展开基于物联网的大豆生长环境监测系统设计。

在大豆生长环境监测系统设计中，采用STM32单片机作为系统主控模块，结合传感器和通信模块构成整个硬件电路。系统设计利用DHT11温湿度传感器、DS18B20温度传感器、YL-69土壤湿度传感器、MQ传感器、土壤多参数传感器实现大豆生长环境温湿度、土壤温度、土壤湿度、CO2浓度以及土壤氮磷钾的数据检测，并通过WiFi模块实现数据无线传输，用户可以在云端和PC端进行数据查看。在上位机端可以设置检测数据的阈值范围，当系统检测到环境温湿度以及土壤温湿度数据异常时，LED灯亮红灯进行提示，当检测到土壤氮磷钾或CO2浓度异常，激发蜂鸣器进行报警提示。系统利用MYSQL数据库存储和管理系统监测数据，可保存历史数据并生成数据曲线方便分析。

2.功能设计

在基于物联网的大豆生长环境监测系统设计中，为了实现生长环境智能化的监测要求，为大豆生长提供数据化的技术支持，系统主要设计功能如下：

（1）利用传感器采集大豆生长环境的温湿度、土壤温度，土壤湿度，CO2浓度、土壤氮磷钾数据；

（2）系统监测数据通过WiFi模块可与上位机进行连接，在云端或PC端可以实时显示；

（3）系统可以根据实际情况对检测数据进行阈值设定，包括高温阈值、湿度超标阈值、CO2阈值、氮磷钾阈值；

（4）当系统检测到环境温湿度以及土壤温湿度数据异常时，LED灯亮红灯进行提示，当检测到土壤氮磷钾或CO2浓度异常，激发蜂鸣器进行报警提示；

（5）系统监测数据可以保存历史数据，可生成数据曲线方便分析。

3.系统方案设计

4.主程序设计

5.实物调试

在完成系统软硬件的功能调试后，需要对系统设计的各项功能逐一进行测试。硬件电路设计之后，为了测试系统设计的各项应用功能，需要对实物功能进行测试，如图1所示为大豆生长环境监测系统的实物图。如图2所示为Web端登录界面。

图1 实物图

图2 Web端登录界面

如图3所示为系统云端Web的控制界面。在控制界面中，能够实现用户管理、监测控制、历史记录查看以及动态曲线的分析。

图3云端Web的控制界面

如图4所示为系统检测到的温湿度、土壤温度、土壤湿度、CO2浓度、氮磷钾等环境数据信息可以通过云端Web进行实时查看。

图4 系统检测数据监测

如图5所示，在Web端可以根据实际情况设定检测数据的超标阈值，实现环境智能化的检测要求。

图5 阈值设定

如图6所示，当环境温湿度以及土壤温湿度数据超出阈值范围时，LED灯亮红灯进行提示，当检测到土壤氮磷钾或CO2浓度异常，激发蜂鸣器进行报警提示。

图6 异常提示

如图7所示系统监测数据保存历史数据，生成数据曲线方便分析。

图7 动态曲线分析

通过对实物功能进行测试，表明系统设计能够完成预期设计要求，实现大豆生长环境智能化监测的设计目的，检测数据无线传输稳定，能够实现异常数据提示、数据分析等应用目的，具有重要的应用价值。