基于WiFi无线连接的智能温室系统电路解决方案设计

2019年11月13日 作者:Teardown

物联网智能温室是一种监测和控制多个重要参数以促进植物以最佳状态生长的应用。数据在本地处理并通过 Wi-Fi发送到本地网关,然后到达云连接平台。光是植物生长和光合作用中最重要的一个因素。大多数植物通常吸收红色、橙色波长和蓝色、紫色波长的光。

绿色和黄色波长的光通常会被反射,对生长或开花没有多大贡献。植物在其生命周期中甚至需要不同强度的不同光谱。例如,植物在发芽和幼苗期间往往需要更多的蓝光,而在后期生长阶段以及开花或结果期间,红光似乎更重要。通过控制植物在生命各阶段中接触到的光谱和光强度,可以更有效地促进植物生长,最终增加作物产量。土壤湿度、pH 值和温度测量有助于确保植物拥有适量的水和养分,以获得最佳生长条件。

解决方案是使用 Wi-Fi,以便可以在计算机或智能手机的Web 浏览器中显示和查看收集到的数据,并且可以向系统发送命令以更改光线设置。

智能温室应用旨在提高各类植物的生长效率并使产量周期最大化。该理论和细节适用于许多农业部门,例如室内温室、垂直农业和集装箱农业。智能温室应用解决了农业市场用户的其他普遍关切问题,例如降低运营成本和管理费用(防止过度浇水或土壤改良的浪费)。

智能温室应用硬件由三个不同的Circuits from the Lab参考设计组成。CN-0397设计用于测量可见光谱的强度,特别是与红色、绿色和蓝色(RGB)对应的波长。红光和蓝光被植物吸收并在光合作用期间使用,而绿光被植物反射掉。每个传感器测量目标波长的光强度并输出与之成比例的电流。CN-0397将该小电流转换为电压,并将电压转换为光强度的标准测量单位(Lux)。

CN-0410是一种可编程的3通道电流驱动LED电路。RGB的每个通道都是独立控制,支持实现独特的LED颜色组合。该板允许连接到CFTL-LED-BAR,方法是利用双绞线将每块板上的端子板连接在一起。光强度命令通过Wi-Fi发送到智能温室,CN-0410和CN-0397之间的比例积分(PI)软件控制环路用于创建RGB颜色组合。CN-0410电路板上还有一个隔离中继器功能,用户只需一个控制器板即可将CN-0410和条形LED组合的多个库或舱设置为单一值,从而最大限度地降低大型LED网络的成本。

CN-0398测量其他三个关键参数,包括土壤湿度、pH值和温度。土壤水分测量对于确保植被具有适量水分以促进生长,以及确保水分未被不必要地浪费很重要。pH值监测也很重要。pH值会影响养分可用性和潜在有害物质的吸收。一些植物的发芽或开花须满足一定的温度要求或温度曲线,因此利用温度测量来帮助调节HVAC系统。有关该电路工作原理的更多信息,请参见CN-0398。ADICUP3029是与Arduino尺寸兼容的开发平台,用于控制前面描述的 Arduino 扩展板硬件模块。此平台包含ADICUP3029超低功耗Cortex-M3微处理器。该开发平台还有板载蓝牙和Wi-Fi连接,用于连接互联网和开发物联网连接应用。

对于智能温室应用,数据通过Wi-Fi从节点(ADICUP3029和扩展板模块)无线发送到现有无线网关。Wi-Fi使用消息队列遥测传输(MQTT)标准协议,该协议通常用于需要向网关发送少量数据的低功率物联网传感器节点。

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