基于Qt Creator的农业大棚远程自动监控系统设计.pdf
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1、2024 年 8 期智慧农业导刊Journal of Smart Agriculture智慧农业基于 Qt Creator 的农业大棚远程自动监控系统设计李艳1,刘瑞2,张庆1,霍婷婷1(1.宁夏师范学院 物理与电子信息工程学院,宁夏 固原 756000;2.陕西工业职业技术学院 商贸与流通学院,陕西 咸阳 712000)2024 年是我国“十四五”规划关键一年,2024 年中央一号文件指出,要强化科技和改革双轮驱动。要求强化科技支撑,优化农业科技创新战略布局,支持重大创新平台建设1。如今随着自动控制技术的不断进步,物联网和人工智能技术的不断发展,温室大棚的智能控制在我国进行广泛的研究,我国的
2、智慧农业技术不断成熟2。传统农业的生产环境受自然环境的影响,而现代的智慧农业可以控制大棚内的环境,使农作物生长在最适宜的环境中3。温湿度、光照强度、二氧化碳浓度等参数对于农作物的生长影响较大,传统的大棚环境参数需要人利用仪器设备进行实地监测,通过人工操控大棚内设备来调整大棚内的环境,这不仅不能保证大棚内的参数一直处于恒定区域,也大大增加人力物力的投入4。对于白天和夜晚温湿度差异较大的北方地区,为了使大棚环境参数处于一个恒定状态,设计一种大棚环境自动监控系统具有重要的意义。1系统整体框架基于 Qt Creator 的农业大棚自动监控系统包括数据采集存储、视频监控、数据显示及反馈控制 4 个子系统
3、。采集存储子系统将前端各类传感器采集到的数据传送至MySQL 数据库存储。视频监控子系统通过摄像头对大棚内的情况进行实时监控。数据显示子系统能在 Qt Creator界面实时显示温度、湿度、光照强度和 CO2浓度等数据,同时实时显示大棚内的视频数据。反馈控制子系统通过手动摘要:为使农作物生长在最适宜的环境中,结合物联网技术与 Qt Creator 开发环境,设计一款农业大棚远程自动监控系统。系统由数据采集存储、视频监控、数据显示及反馈控制 4 部分组成。部署在大棚内的传感器实时采集大棚内的环境数据,采用单片机作为主控,并通过 WIFI 将大棚的测控系统与 Qt Creator 结合起来。同时,
4、系统支持自动和手动 2 种控制模式,用户可以通过 Qt Creator 界面查看大棚环境的实时数据,并对大棚内的补光灯、降温风扇、喷洒开关和换气风扇等设备进行操控。通过测试可得,Qt Creator 显示温度与大棚实际温度的相对误差分布于-0.44%耀0.43%之间,Qt Creator 显示湿度与大棚实际湿度的相对误差分布于-1.52%耀2.13%之间;在各环境数据异常情况下,相关设备均能自动关闭和打开。表明系统具有较高的控制精度且自动控制实时性高,能够实现农业大棚的远程监测和控制。关键词:物联网技术;Qt Creator;单片机;智慧农业;自动监控;视频监控中图分类号院TP27文献标志码院
5、A文章编号院2096-9902渊2024冤08-0001-04Abstract:In order to make crops grow in the most suitable environment,a remote automatic monitoring system for agriculturalgreenhouses is designed by combining the Internet of Things(IoT)technology and Qt Creator development environment.The systemconsists of four parts
6、:data acquisition and storage,video monitoring,data display and feedback control.The sensors deployed in thegreenhouse collect the environmental data in the greenhouse in real time,use the microcontroller as the main control,and combinethe measurement and control system of the greenhouse with Qt Cre
7、ator through WIFI.At the same time,the system supports twocontrol modes:automatic and manual.Users can view the real-time data of the environment in the greenhouse through the Qt Cre原ator interface and manipulate the fill light,cooling fan,spray switch,ventilation fan and other equipment in the gree
8、nhouse.Throughthe test,it can be obtained that,the relative error between the Qt Creator display temperature and the actual temperature of thegreenhouse is distributed between-0.44%and 0.43%,and the relative error between the Qt Creator display humidity and the actualhumidity of the greenhouse is di
9、stributed between-1.52%and 2.13%;in the case of abnormalities of each environmental data,therelevant equipment can be automatically turned off and on.It shows that the system has high control precision and high real-timeautomatic control,and can realize remote monitoring and control of agricultural
10、greenhouses.Keywords:internet of things technology;Qt Creator;microcontroller;wisdom agriculture;automatic monitoring;video monitoring基金项目院宁夏自然科学基金项目(2022AAC03318);宁夏师范学院本科教学项目(NJYZSTP2404)第一作者简介院李艳(1991-),女,硕士,讲师。研究方向为信息传输与信号处理。DOI:10.20028/j.zhnydk.2024.08.0011-2024 年 8 期智慧农业智慧农业导刊Journal of Smart
11、 Agriculture和自动 2 种模式控制降温风扇、喷洒开关、补光灯和换气风扇等设备来调节大棚内温度、湿度、光照强度及 CO2浓度等参数。监控系统功能框架如图 1 所示。图 1监控系统功能框架2数据采集存储本系统采用 HDC1080 温湿度传感器、MH-SenSor-Series 光照强度传感器、MQ-2 二氧化碳浓度传感器采集农业大棚内的温度、湿度、光照强度及 CO2浓度,并将数据传送给 STM32F103 单片机5。单片机与传感器以及摄像头的连接电路如图 2 所示。2.1通信协议选择TCP(Transmission Control Protocol)协议提供 IP 环境下的数据可靠传输
12、,其提供的服务包括数据流传送、可靠性、有效流控、全双工操作和多路复用。通过面向连接、端到端和可靠的数据包发送6。而 UDP(User Data原gram Protocol)则不为 IP 提供可靠性、流控或差错恢复功能。农业大棚采集到的温度、湿度、光照强度和 CO2浓度等数据,通过 TCP 打包发送,能可靠地进行大棚数据的传输,更精准地控制大棚环境7。2.2数据处理2.2.1下位机与单片机通信该系统应用 ESP32-CAM 的 WIFI 模块实现无线传输,该模块的功能是将串口或 TTL 电平,转为符合WIFI 无线网络通信标准的嵌入式模块,内置无线网络协议 IEEE802.11b.g.n 协议栈
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