大连东软信息学院 辽宁省大连市 116023
摘要：现阶段，随着我国经济的飞速发展，而物联网的食用菌远程监控系统设计越来越受到关注。食用菌富含蛋白质、维生素和多种人体所必需的氨基酸，营养丰富，味道鲜美可口；同时还具有很高的药用价值，受到消费者的青睐。近年来，江苏省食用菌生产迅猛发展，而相对于食用菌生产企业规模的扩大和对安全生产的需求，食用菌生长环境监测技术显得比较落后，仍停留在基本的温湿度监测上。因此，研究开发可实时监测生长库体内的生长参数，使其具备远程图像信息和数据信息的监控功能，并能记录、处理历史数据的食用菌工厂化生产智能控制系统，具有一定的现实意义。
关键词：物联网；食用菌；远程监控；系统设计
引言
食用菌不仅菌营养丰富，还含有具有抗癌作用的多糖生物活性物质，是人们理想绿色保健食品，联合国粮农组织和世界卫生组织曾经提出把“一荤一素一菌”作为人类最佳的饮食结构。我国虽然是世界上食用菌人工栽培技术最早的国家，但是食用菌的生产产量，无法满足人们对食用菌的需求。主要原因是因为我国栽培食用菌技术还比较落后，生产成本高，因此，利用现代生产技术和管理方法，改善传统食用菌栽培模式，增高食用菌生产效益迫在眉睫。针对以上情况，本文利用物联网技术和智能控制技术，设计一套食用菌生长监控系统，实现食用菌生长环境自动控制和管理，提高食用菌栽培产量，使传统的食用菌栽培提质增效。
1系统结构设计
1.1系统工作原理
控制系统的硬件主要有HMI人机交互触摸屏、DeltaPLC核心控制器、TP301DTU网络远程模块、各类信息采集传感器等。通过HMI人机交互系统作为上位机可进行人工现场查看设备运行状态，进行现场调试运行。PLC负责采集传感器信息，实时上传给上位机并接收上位机的反馈信息。DTU作为远程模块，实现远程监控与开关的功能。传感器采集环境信息。如图1所示，PLC通过将传感器采集到的模拟信息转换为数字信息，实时的传送给上位机。上位机接收到信号后，处理并存储信息，将其与预设标准进行比较。根据比较结果，将控制命令发送到下位机PLC中，以达到对食用菌拌料机控制的目的。
1.2系统功能
根据温度，湿度，PH值等拌料环境参数，实时监控现场环境，并将数据通过网络上传到控制中心。经过计算得出食用菌拌料最佳成分比例，通过拌料环境参数范围设计上下限，实现环境的自动化、智能化监测及偏差参数的快速校正。并使用案例库模型确定相应的设备和工作时间，更正相应的值，自动进行诊断和决策。
2硬件设计
2.1采集节点硬件设计
图3为本系统的采集节点硬件设计原理框图，主要由工业级传感器（光照传感器、CO2传感器和温湿度传感器）、RS485接口、CC2530控制器、数码驱动芯片TM1650、数码管显示模块、电流驱动芯片ULN2003、继电器和蓝牙通信模块组成。在设计本系统时，为了提高可靠性，选用工业级别的光照、CO2和温湿度传感器。由于这些传感器均采用RS485Modbus通信协议，为了实现CC2530控制器与传感器之间通信，要设计RS485接口电路，如图3所示，RS485接口芯片的1、4引脚为信号输出和输入脚，RS485接口芯片的2、3引脚数据传输方向控制引脚。数码管显示模块用于显示湿度、湿度、CO2深度和光照数据值。蓝牙通信模块为本系统的输入模块，用户可以通过手机的蓝牙模块与本模块通信，通过运行手机APP程序，可以方便的修改本系统的控制参数值。
TM1650是一款数码管专用驱动芯片，其内置一个标准串行通信接口。继电器的正常工作时，需要几十毫安的驱动电流，而CC2530的I/O驱动能力非常有限，因此，在本系统中采用一片ULN2003大电流驱动芯片来驱动继电器工作。在CC2530单片机中运行采集节点协议栈，当成功加入网络之后，节点周期性的采集环境参数数据，并把数据发回数据采集器。
2.2数据集中器硬件电路设计
图4为本系统的数据集中器硬件设计框图，采用以ARM为控制器的设计结构。数据集中器主要由ARM控制器、SDRAM储存器、FLASH储存器、SD卡、USB通信接口、触摸屏显示器、UART接口、GPRS通信模块、CC2530单片等组成。ARM控制器选用了三星公司的S3C2440A处理器；SDRAM存储器采用HY57V561620存储芯片，其容量扩充到2MB；FLASH储存器采用K9F1208存储芯片，其容量大小为512M，其作用是，储存嵌入式系统中部分代码和数据。SD卡是数据集中器的外部存储设备，作为本地存储设备，其作用是，能把终端采集到的数据保存一段时间，方便用户查询。在S3C2440A芯片上有3个互相独立的异步UART口，一个分配给CC2530单片机，一个分配给GPRS通信模块，另一个分配给MAX232PC机串口。GPRS通信模块采用安信可公司的A6GPRS芯片，支持GPRS数据业务，最大下载数据速率高达85.6Kbps，上传数据速率高达42.8Kbps。在A6GPRS芯片中还内置TCP/IP通信协议，并支持通过AT命令对GPRS模块进行配置。数据集中器的CC2530单片机运行协调器协议栈，负责网络的建立、维护和接收采集节点发回的数据。当CC2530单片机接收完所有节点数据后，把所有的数据以数据包形式通过串行通信口发给ARM处理器。ARM处理器接收到数据之后，一方面把数据存储在本地的SD卡里，一方面把这些数据通过GPRS发到远程的数据监控中心，为用户提供远程的网络数据服务。
2.3底层软件设计开发
底层电路主要实现现场环境参数的采集、显示、网络数据的传输和控制设备等功能，在各模块初始化后对食用菌生长库内环境参数进行采集，利用芯片上RTC功能读取时间，将环境参数及时间显示在现场7寸液晶屏上，然后将这些数据上传至指定的网络数据库，同时查询是否接收到远程操作指令。完成了一系列数据操作后，判断数据是否在食用菌生长工艺范围内，如需要调节环境则控制相应的设备调节环境参数。
结语
食用菌营养丰富，是理想绿色保健食品，越来越受到人们的喜爱。然而目前我国的食用菌生产技术比较落后，产量不高。利用现代技术升级改造食用菌行业，是提高食用菌效益重要途径。本文利用物联网技术和智能控制技术，设计一套食用菌生长监控系统，实现食用菌生长环境自动控制和管理，有利于提高食用菌栽培产量，使传统的食用菌栽培提质增效。
参考文献
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