我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，為了給農(nóng)作物創(chuàng)造合適的生長(zhǎng)環(huán)境，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人員需實(shí)時(shí)關(guān)注各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)是否正常，傳統(tǒng)的人工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的需求。無(wú)錫愷易物聯(lián)網(wǎng)科技發(fā)展有限公司的溫室大棚環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)有效的解決了這一難題，本文就對(duì)此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行深度解析，供各位新農(nóng)人參考。
一、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
溫室大棚環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)上融合了物聯(lián)網(wǎng)、信息化、自動(dòng)化等技術(shù)，利用部署在大棚內(nèi)的各類(lèi)傳感器節(jié)點(diǎn)采集土壤水分、溫度、濕度、光照、CO2等環(huán)境信息，實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)采集、無(wú)線(xiàn)傳輸、視頻監(jiān)控、異地監(jiān)控等功能，不僅解放了勞動(dòng)力，降低了生產(chǎn)成本，還能調(diào)節(jié)農(nóng)作物產(chǎn)期，提高生產(chǎn)率。
環(huán)境采集節(jié)點(diǎn)主要由環(huán)境傳感器、控制器和WIFI模塊所組成，其中常用的環(huán)境傳感器包括光照度傳感器、空氣溫濕度傳感器及土壤溫濕度傳感器?？刂破魍ㄟ^(guò)IIC協(xié)議與485協(xié)議等實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字傳感器的數(shù)據(jù)采集，并通過(guò)UART口將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送給WIFI模塊。WIFI模塊、無(wú)線(xiàn)攝像頭、移動(dòng)終端等與WIFI基站建立連接，并由基站通過(guò)光纖將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心的服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程PC和移動(dòng)終端的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫室大棚內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)。
二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包括無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋及接入設(shè)計(jì)和環(huán)境采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。
1.無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋及接入設(shè)計(jì)
WIFI技術(shù)是近年出現(xiàn)的基于以太網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù)，WIFI網(wǎng)絡(luò)傳輸速率快，傳播距離遠(yuǎn)，最大可以達(dá)到300米左右，在移動(dòng)狀態(tài)下，WIFI網(wǎng)絡(luò)也能保持很好的傳輸特性，且十分易于系統(tǒng)后期擴(kuò)展。智能WIFI基站配備了高功率天線(xiàn)，可以有效覆蓋方圓200米內(nèi)的范圍，之內(nèi)的環(huán)境采集節(jié)點(diǎn)、PC及移動(dòng)終端可與其連接。同時(shí)基站具有Ping Watchdog功能，即通過(guò)設(shè)置一定時(shí)間內(nèi)Ping 1至2個(gè)IP地址的方式來(lái)檢測(cè)當(dāng)前連接狀態(tài)，當(dāng)遠(yuǎn)程IP地址均Ping失敗的時(shí)候，基站會(huì)執(zhí)行失敗動(dòng)作，失敗動(dòng)作可配置為重啟基站或重新建立WIFI連接，這一機(jī)制，有效保證了智能基站長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。
2.環(huán)境采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
環(huán)境采集節(jié)點(diǎn)由數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊及穩(wěn)壓電源模塊組成。數(shù)據(jù)處理模塊通常采用STM32F來(lái)實(shí)現(xiàn)，STM32F具有外圍接口廣、功耗低、串口資源豐富，抗干擾能力強(qiáng)及價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)。STM32F工作頻率可達(dá)72MHz，MHZ下的功耗僅為uA級(jí)別，有效保證了數(shù)據(jù)采集及處理的時(shí)效性，也方便SP706設(shè)計(jì)硬件看門(mén)狗電路。
數(shù)據(jù)采集模塊主要用于感知溫室大棚內(nèi)的環(huán)境信息，包括光照度傳感器、空氣溫濕度傳感器及土壤溫濕度等傳感器。我們對(duì)傳感器的篩選建議是在滿(mǎn)足精度的前提下，盡量選擇低功耗的復(fù)合型傳感器。
穩(wěn)壓電源模塊是為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的能量，通過(guò)在每個(gè)溫室的配電箱內(nèi)安裝一個(gè)電源轉(zhuǎn)換模塊將220V的交流電壓轉(zhuǎn)換為24 V的直流電壓再輸人到節(jié)點(diǎn)，更高效安全。
三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
溫室大棚環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括對(duì)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)、監(jiān)控中心及移動(dòng)終端的設(shè)計(jì)：
1.數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)運(yùn)行于控制器中，主要實(shí)現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)的處理和數(shù)據(jù)的發(fā)送。系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)行軟硬件環(huán)境初始化，讀取節(jié)點(diǎn)位置信息編號(hào)后進(jìn)人循環(huán)采集環(huán)境數(shù)據(jù)，時(shí)間節(jié)奏由中斷來(lái)控制，一次觸發(fā)中斷進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集，當(dāng)采集60次數(shù)據(jù)后，進(jìn)行環(huán)境數(shù)據(jù)的滑動(dòng)平均濾波處理。
2.監(jiān)控中心軟件設(shè)計(jì)
基于B/S架構(gòu)的溫室大棚環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行于監(jiān)控中心的服務(wù)器，采用C#語(yǔ)言進(jìn)行web應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)劃分為四大功能模塊，分別是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊、歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)模塊、設(shè)備安全預(yù)警模塊及系統(tǒng)管理模塊。
1)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)：查詢(xún)各測(cè)點(diǎn)的溫度、濕度、光照、土壤溫濕度等信息，并通過(guò)數(shù)字和曲線(xiàn)圖的方式展現(xiàn)。
2)歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)：查看不同測(cè)點(diǎn)在某時(shí)間段內(nèi)所采集的環(huán)境數(shù)據(jù)與統(tǒng)計(jì)信息，支持excel表格導(dǎo)出，方便園區(qū)工作人員管理。
3)設(shè)備安全報(bào)警：系統(tǒng)分別針對(duì)不同環(huán)境因子設(shè)置相應(yīng)的警戒線(xiàn)數(shù)值，一旦測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)警戒線(xiàn)，將生成報(bào)警記錄。
4)系統(tǒng)管理：主要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行配置和管理，其中包括用戶(hù)權(quán)限管理、數(shù)據(jù)信息維護(hù)管理(警戒線(xiàn)設(shè)置與節(jié)點(diǎn)初值設(shè)置)等。
3.移動(dòng)終端軟件設(shè)計(jì)基于C/S架構(gòu)的移動(dòng)終端軟件，采用java語(yǔ)言開(kāi)發(fā)。終端連接至園區(qū)WIFI網(wǎng)絡(luò)或者移動(dòng)流量網(wǎng)絡(luò)下進(jìn)行登錄。園區(qū)工作人員可隨時(shí)隨地通過(guò)終端查看溫室大棚環(huán)境信息，并設(shè)計(jì)有消息推送功能，當(dāng)某一環(huán)境值超出預(yù)設(shè)值時(shí)，會(huì)立刻向手機(jī)發(fā)送報(bào)警推送，同時(shí)園區(qū)工作人員可以通過(guò)APP進(jìn)行短信交流與消息的通知。
愷易物聯(lián)網(wǎng)溫室大棚環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)引入WIFI無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)、多參數(shù)環(huán)境采集節(jié)點(diǎn)，簡(jiǎn)化了農(nóng)業(yè)溫室生產(chǎn)管理過(guò)程；通過(guò)WEB端系統(tǒng)及移動(dòng)終端APP監(jiān)測(cè)軟件，使農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)更加智能化、便捷化。目前已在江浙滬及周邊多家農(nóng)業(yè)企業(yè)及合作社應(yīng)用，獲客戶(hù)一致好評(píng)。
