基于OneNET云平臺的農(nóng)田遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的研究與設(shè)計*

唐彪

西北民族大學(xué) 甘肅 蘭州 730124

21世紀(jì)的農(nóng)業(yè)是信息高度集成化的智慧農(nóng)業(yè),在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中充分發(fā)揮科技的力量勢在必行。智慧農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)發(fā)展的新潮流,是未來農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。而發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)需要大量有效和及時準(zhǔn)確的農(nóng)田環(huán)境信息，高效獲取農(nóng)田環(huán)境信息是智慧農(nóng)業(yè)實現(xiàn)的關(guān)鍵之一。面對這些的問題各國都在做相應(yīng)的研究，科學(xué)種田、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，實現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)成了大家所研究的重點。

1 系統(tǒng)研究的意義

在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，由于缺乏有效的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測手段，農(nóng)民無法對農(nóng)作物生長做出及時的調(diào)整，僅憑經(jīng)驗，生產(chǎn)效率低下,很難實現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)。獲取農(nóng)作物生長環(huán)境信息，是實施精準(zhǔn)施肥、精確灌溉等的重要依據(jù)，也是提高農(nóng)田生產(chǎn)效率的重要條件。為此，研發(fā)一種高效的農(nóng)田監(jiān)測系統(tǒng)顯得至關(guān)重要。而基于OneNET云平臺的農(nóng)田遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)就能很好地解決這些問題。農(nóng)戶可以通過物聯(lián)網(wǎng)OneNET云平臺完成對農(nóng)田環(huán)境的監(jiān)測，當(dāng)農(nóng)田環(huán)境改變時，實時對農(nóng)田的實施相應(yīng)的措施。避免遭受不必要的損失[1]。

2 系統(tǒng)的可行性

2.1 OneNET云平臺

OneNET云平臺，中國移動物聯(lián)網(wǎng)開放平臺，提供免費服務(wù)且適配各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和協(xié)議類型，支持各類傳感器和智能硬件的快速接入，可提供豐富的 API和應(yīng)用模板以支持各類行業(yè)應(yīng)用和智能硬件的開發(fā)，同時還能夠滿足監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的協(xié)議適配、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)安全及大數(shù)據(jù)分析等平臺服務(wù)需求，為技術(shù)開發(fā)人員提供良好的開發(fā)環(huán)境，降低了開發(fā)成本和用戶的使用成本。在每個

用戶賬戶下，數(shù)據(jù)管理以項目的形式進(jìn)行封裝，每個用戶可以創(chuàng)建多個項目，并對設(shè)備、APIKey、應(yīng)用、觸發(fā)器等資源進(jìn)行管理，用戶可以在一個項目下創(chuàng)建多個設(shè)備、APIKey、應(yīng)用及觸發(fā)器，在單個設(shè)備下，用戶可以創(chuàng)建多個數(shù)據(jù)流。

2.2 Zigbee

一種新興的短距離無線通信技術(shù)，以其低成本、低功耗、高可靠性等特點，在環(huán)境監(jiān)測、智能家居、工業(yè)控制等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。用于短程數(shù)據(jù)的采集和傳輸，其成本低、利環(huán)保、高壽命、易控制的優(yōu)勢不言而喻。便捷、高效、低成本無不體現(xiàn)該系統(tǒng)的優(yōu)越性。

2.3 傳感器

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感器傳感技術(shù)，包含一個電容式感濕元件和一個NTC測溫元件，確保傳感器具有優(yōu)質(zhì)的可靠性與長期穩(wěn)定性。濕度測量范圍：20%～95% (0～50度范圍)，濕度測量誤差：±5%，溫度測量范圍： 0～50度，溫度測量誤差：±2度。

CJ-702B-485傳感器是一款高性價比的數(shù)字串口輸出傳感器模塊，采用485/UART輸出模式，集CO2、甲醛、TVOC、激光粉塵PM2.5、PM10顆粒物于一體。它可對所處環(huán)境進(jìn)行實時全面的檢測，具有良好的穩(wěn)定性。

BH1750FVI數(shù)字光照傳感器是一種用于兩線式串行總線接口的數(shù)字型光強(qiáng)度傳感器集成電路。模塊分辨率可以探測較大范圍的光強(qiáng)度變化。光照度范圍：0～65535Ix，傳感器內(nèi)置16bitAD轉(zhuǎn)換器直接數(shù)字輸出，省略復(fù)雜計算，省略標(biāo)定FV1，體積小，廣泛應(yīng)用于室內(nèi)光照檢測、蔬菜、苗圃、溫室大棚。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 硬件設(shè)計

本系統(tǒng)的硬件框架主要由各類傳感器模塊、STM32主控芯片、物聯(lián)網(wǎng)模塊三個部分組成。系統(tǒng)的傳感器模塊主要用到DHT11溫濕度、二氧化碳濃度、日照強(qiáng)度等采集農(nóng)田環(huán)境指標(biāo)的傳感器；主控芯片選用了STM32F103C8T6，STM32F103C8T6是一款基于ARM內(nèi)核的32位MCU，屬于Cortex-M3內(nèi)核，供電電壓僅需2～3.6V，功耗只有0.19mv/MHZ，因此該內(nèi)核具有高性能、低成本、低功耗的特點。物聯(lián)網(wǎng)模塊由W5500以太網(wǎng)控制器模塊及無線路由器組成，其中W5500集成了TCP/IP協(xié)議，支持高速標(biāo)準(zhǔn)4線SPI接口與主機(jī)通信，內(nèi)嵌8個獨立硬件Socket可以進(jìn)行8路獨立通信，只需進(jìn)行簡單的Socket編程和少量的寄存器操作即可方便地進(jìn)行嵌入式以太網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)。

3.2 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計分為數(shù)據(jù)采集和聯(lián)網(wǎng)發(fā)送數(shù)據(jù)兩部分，其中數(shù)據(jù)采集部分的主要工作過程為：首先對STM32F103C8T6主控芯片初始化，接著配置好各個傳感器模塊，然后判斷數(shù)據(jù)是否采集成功，沒成功繼續(xù)采集，將采集的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊發(fā)送到網(wǎng)關(guān)模塊。

聯(lián)網(wǎng)部分主要完成STM32主控芯片通過HTTP協(xié)議將采集到的各個環(huán)境參數(shù)通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)打包上傳至OneNET云平臺。其工作流程為：①設(shè)備初始化，②配置W5500以太網(wǎng)控制器和通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)模塊，③socket連接建立，④上傳數(shù)據(jù)，⑤socket關(guān)閉，⑥農(nóng)戶通過PC端或手機(jī)APP獲取相關(guān)參數(shù)。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)通過各模塊將農(nóng)田環(huán)境的相關(guān)參數(shù)采集，通過網(wǎng)絡(luò)傳送到云平臺，農(nóng)戶通過PC端或手機(jī)APP進(jìn)行查看，獲取農(nóng)作物生長環(huán)境信息，然后采取相關(guān)措施。該系統(tǒng)安全可靠、操作簡單，非常便于農(nóng)戶使用。具有較高的實用性和廣泛的應(yīng)用前景。