為了解決傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率低下，消耗大量的人力物力，不能精確的對農(nóng)作物實(shí)現(xiàn)監(jiān)控的問題，從而最大限度的提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)[1]農(nóng)業(yè)。云上OneNET的智慧大棚采用STM32MCU[2][3]接收GY30[4]光照強(qiáng)度傳感器、SGP30二氧化碳/TVOC傳感器、SHT20[5]溫濕度傳感器、YL-69[6]土壤濕度傳感器測得的參數(shù)，通過ESP8266wifi[7]模塊上傳至OneNET[8][9]云平臺，云上OneNET的智慧大棚實(shí)現(xiàn)了在物聯(lián)網(wǎng)，多終端的條件下實(shí)時監(jiān)控大棚里的重要生產(chǎn)環(huán)境因素（光照強(qiáng)度、CO?、TVOC濃度、空氣溫濕度、土壤濕度），以及超過設(shè)定閥值的系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)或從終端人為下發(fā)命令調(diào)節(jié)的功能。云上OneNET智慧大棚創(chuàng)新的將農(nóng)業(yè)加上互聯(lián)網(wǎng)，可以精準(zhǔn)的及時監(jiān)控大棚里的環(huán)境因素?cái)?shù)據(jù)（上傳數(shù)據(jù)時間間隔最低可達(dá)3s）并通過中移物聯(lián)網(wǎng)OneNET平臺將離散的數(shù)據(jù)可視化（中移OneNET平臺支持多種數(shù)據(jù)展示方式：曲線圖，柱狀圖，表盤，按鍵），方便長期的監(jiān)控和分析最適宜作物生長的環(huán)境因素，可以高效率低成本的維持大棚內(nèi)的穩(wěn)態(tài)。

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2021-4-11 16:05 上傳

為了解決傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率低下，消耗大量的人力物力，不能足夠精確的對農(nóng)作物實(shí)現(xiàn)監(jiān)控的問題，最大限度的提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)。云上OneNet的智慧大棚實(shí)現(xiàn)了在互聯(lián)網(wǎng)，多終端的條件下實(shí)時監(jiān)控大棚里的環(huán)境因素（光照強(qiáng)度，空氣溫度，空氣濕度，土壤濕度等），以及超過設(shè)定閥值的系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)或從終端人為下發(fā)命令調(diào)節(jié)的功能。云上OneNet的智慧大棚創(chuàng)新的將農(nóng)業(yè)加上互聯(lián)網(wǎng)，可以更加精準(zhǔn)的及時監(jiān)控大棚里的環(huán)境因素?cái)?shù)據(jù)（上傳數(shù)據(jù)時間間隔最低可達(dá)8s）并通過中移物聯(lián)網(wǎng)OneNet平臺將離散的數(shù)據(jù)可視化（中移OneNet平臺支持多種數(shù)據(jù)展示方式：曲線圖，柱狀圖，表盤，按鍵），方便長期的監(jiān)控和分析，此外還可以更加高效率低成本的維持大棚內(nèi)的穩(wěn)態(tài)。

為了解決傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率低下，消耗大量的人力物力，不能足夠精確的對農(nóng)作物實(shí)現(xiàn)監(jiān)控的問題，最大限度的提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、環(huán) 保的可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)。

云上 OneNet 智慧大棚由 STM32F103 單片機(jī)作為主控芯片處理來自 SHT20 溫濕度傳感器、GY30 光線傳感器、土壤濕度傳感器、CO2等傳感器的數(shù)據(jù)再通過 ESP8266WiFi 模塊將多種影響生產(chǎn)因素的數(shù)據(jù)上傳至中移物聯(lián)網(wǎng) OneNet 平臺上，多終端（PC 端、移動端、Pad 端）條件下實(shí)時監(jiān)控大棚里的環(huán)境因素并從終端人為下發(fā)命令調(diào)節(jié)外設(shè) 和超過設(shè)定閥值的系統(tǒng)自動處理調(diào)節(jié)的功能。

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，即在大棚控制系統(tǒng)中，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的溫度傳感器、 濕度傳感器、Ph 值傳感器、光傳感器、CO2 傳感器等設(shè)備，檢測環(huán)境中的溫度、相對濕度、 Ph 值、光照強(qiáng)度、土壤養(yǎng)分、CO2 濃度等物理量參數(shù)，通過各種儀器儀表實(shí)時顯示或作為 自動控制的參變量參與到自動控制中，保證農(nóng)作物有一個良好的、適宜的生長環(huán)境。遠(yuǎn)程 控制的實(shí)現(xiàn)使種植人員在辦公室就能對多個大棚的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測控制。采用無線網(wǎng)絡(luò)來測 量獲得作物生長的適宜條件，可以為溫室精準(zhǔn)調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)，達(dá)到增產(chǎn)、改善品質(zhì)、 調(diào)節(jié)生長周期、提高經(jīng)濟(jì)效益。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開啟的智慧風(fēng)暴，讓農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)了“環(huán)境可測、生產(chǎn)可控、質(zhì)量可溯”的目標(biāo)。確保農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，引領(lǐng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。

針對傳統(tǒng)生態(tài)大棚數(shù)據(jù)不便于收集分析展示的缺點(diǎn)，我們采用中移物聯(lián)網(wǎng)OneNet平臺，能輕松實(shí)現(xiàn)平臺的搭建，設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)的收集分析展示，為尋找作物最佳生長狀態(tài)提供實(shí)際指導(dǎo)。

云上OneNet智慧大棚使用了一塊麒麟座迷你開發(fā)板作為主控，其上包含一塊STM32F103C8T6MCU，STM32 作為主控芯片處理來自空氣SHT20溫濕度傳感器、YL69土壤濕度傳感器、GY30光強(qiáng)度傳感器、SGP30二氧化碳傳感器的數(shù)據(jù)；采用 ESP8266wifi 模塊將本地?cái)?shù)據(jù)實(shí)時上傳至互聯(lián)網(wǎng)；接入中移物聯(lián)網(wǎng) OneNet 云平臺實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的可視化處理和多終端共享以及命令的下發(fā)

1.功能：基于 OneNet 的智慧大棚統(tǒng)可以在多終端上實(shí)現(xiàn)對植物補(bǔ)光燈、排氣 扇、灌溉系統(tǒng)及其遮光簾的控制。還可以通過中移物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)攜帶的圖形人機(jī)界面，在室內(nèi)智能網(wǎng)關(guān)控制系統(tǒng)上設(shè)置補(bǔ)光燈控制模塊、排氣扇控制模塊、灌溉系統(tǒng)控制模塊和遮光簾控制模塊。監(jiān)控溫濕度、光照強(qiáng)度報(bào)警模塊、土壤濕度模塊、CO 2 濃度模塊、PH 值模塊、云端實(shí)時遙控命令等功能。由于“OneNet”物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，移動應(yīng)用程序可以與智能網(wǎng)關(guān)保持快速的數(shù)據(jù)通信。智能網(wǎng)關(guān)是整個設(shè)計(jì)的核心，可以起到連接的作用。為此，設(shè)計(jì)了 STM32主控芯片、WiFi 模塊的方案。STM32 主芯片負(fù)責(zé)處理來自 WiFi 模塊的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行重新打包和分發(fā)。WIFI 模塊負(fù)責(zé)與路由器的通信。燈光控制模塊負(fù)責(zé)實(shí)際的植物補(bǔ)光燈，排氣扇控制模塊負(fù)責(zé)實(shí)際的風(fēng)扇運(yùn)行、灌溉系統(tǒng)控制模塊負(fù)責(zé)實(shí)際的大棚內(nèi)的澆水和遮光簾控制模塊負(fù)責(zé)實(shí)際的遮光簾的升降。因此整個系統(tǒng)分為六個部分：PC 控制終端、智能網(wǎng)關(guān)控制器、補(bǔ)光燈控制模塊、排氣扇控制模塊、灌溉系統(tǒng)控制模塊、遮光簾控制模塊。

2.將互聯(lián)網(wǎng)和農(nóng)業(yè)有機(jī)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)化，接入中移物聯(lián)網(wǎng) OneNet 平臺，不僅讓各種大棚內(nèi)的生產(chǎn)因素?cái)?shù)據(jù)可視化（曲線圖、柱狀圖、表盤、按 鍵），便于對生產(chǎn)因素的管理以獲得作物生長的適宜條件，可以為溫室精準(zhǔn)調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)，而且還獲得了電信級的穩(wěn)定，這對于滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定性和可靠性有非常大的支撐。

3.具有市場競爭力方面：數(shù)據(jù)服務(wù)

通過農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)，不斷收集智能大棚產(chǎn)生的各種環(huán)境生產(chǎn)因素，提供各地不同時節(jié)不同作物的相關(guān)生長數(shù)據(jù)包，支持農(nóng)戶選擇不同數(shù)據(jù)包以快速適應(yīng)種植地與作物；

4.OneNET平臺端定義功能：

1.工作原理：采用 STM32F103 為主控芯片處理來自溫度傳感器、濕度傳感器、 Ph 值傳感器、光傳感器、CO2 傳感器的數(shù)據(jù)；采用 ESP8266wifi 模塊將本地?cái)?shù)據(jù)實(shí)時上傳至互聯(lián)網(wǎng)，接入中移物聯(lián)網(wǎng) OneNet 云平臺實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的可視化處理和多終端共享以及命令的下發(fā)。

2.對于如何同云平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)交換曾考慮過使用NB-IOT，但是NB的模塊相比于esp8266來說價(jià)格略高，除此之外NB還需要專門申請物聯(lián)網(wǎng)卡，進(jìn)一步加深了項(xiàng)目的成本，相對而言，使用esp8266既能滿足項(xiàng)目需求，價(jià)格又合理。

3.技術(shù)來源：中移物聯(lián)網(wǎng)社區(qū)、CSDN、Baidu。屬于參賽者自主研發(fā)內(nèi)容：硬件連接邏輯、按需進(jìn)行代碼編寫、整體物理模型的構(gòu)建。

SHT20[6]是一款采用 DFN 封裝-適于回流焊、數(shù)字輸出，I2C 接口具有低功耗、優(yōu)異的長期穩(wěn)定性的溫濕度傳感器。可以通過I2C通信模式與MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。SHT20傳感器與STM32MCU相連，電路圖如圖3.1所示。其中VDD是傳感器內(nèi)部模擬電路電源端;SCL、SDA分別是12C通信模式時鐘信號、數(shù)據(jù)信號;VSS接低電平。NC和NC_1本設(shè)計(jì)未使用，故懸空。

圖 5.1.1SHT20傳感器電路

SGP30多像素氣體傳感器分線板提供完全集成的MOX氣體傳感器，這是Sensirion的一款非常精細(xì)的空氣質(zhì)量傳感器，具有I 2 C接口和完全校準(zhǔn)的輸出信號，測量值的典型精度為15％。SGP在一個芯片上結(jié)合了多個金屬氧化物傳感元件，以提供更詳細(xì)的空氣質(zhì)量信號。該傳感器可檢測各種揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）和H2，用于室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測。SGP30具有標(biāo)準(zhǔn)的熱板MOX傳感器，以及控制電路板電源，讀取模擬電壓，跟蹤基線校準(zhǔn)，計(jì)算TVOC和CO 2 值的小型微控制器，并提供I 2 C接口。從中讀取。與CCS811不同，該傳感器不需要I 2 C時鐘延長。該傳感器VCC接3.3V，GND接MCU的GND，SCL和SDA分別接MCU的PB8和PB9.

圖 5.1.2  SGP30二氧化碳傳感器

數(shù)字光強(qiáng)度檢測模塊：GY30采用ROHM原裝BH1750FVI[7]芯片，供電電源3~5V，光照范圍：0~65535lex，傳感器內(nèi)置16bitAD轉(zhuǎn)換器直接數(shù)字輸出，省略復(fù)雜計(jì)算，省略標(biāo)定，不區(qū)分環(huán)境光源，接近視覺靈敏度實(shí)物的分光特性可對廣泛的亮度進(jìn)行1勒克斯的高精度測定標(biāo)準(zhǔn)，采用IIC通信協(xié)議。引腳VCC、GND和ADDR（器件地址0100011）分別接MCU的3.3/5V，GND和GND，SCL和SDA分別接PB6和PB7.

圖 5.1.3  GY30數(shù)字光照強(qiáng)度傳感器

YL69[8]是一款比較器采用LM393 芯片，工作穩(wěn)定，電源：3.3V ~ 5V，設(shè)有固定螺栓孔，方便安裝，獲取濕度信息的方式從傳感器的A0引腳：獲取到模擬量，更加精確。傳感器板上的VCC接電源，GND接地，A0接單片機(jī)模擬輸入PA0，再經(jīng)過ADC采樣，量化，編碼計(jì)算，最終得到精確的土壤濕度值。

圖 5.1.4  YL69土壤濕度傳感器

ULN2003是高耐壓、大電流復(fù)合晶體管陣列，由七個硅NPN 復(fù)合晶體管組成，每一對達(dá)林頓都串聯(lián)一個2.7K 的基極電阻，在5V 的工作電壓下它能與TTL 和CMOS 電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003是大電流驅(qū)動陣列，多用于單片機(jī)、智能儀表、PLC、數(shù)字量輸出卡等控制電路中。可直接驅(qū)動繼電器等負(fù)載。輸入5VTTL電平，輸出可達(dá)500mA/50V。    步進(jìn)電機(jī)相數(shù)：4，減速比：1/64，步距角：5.625°/64，驅(qū)動方式：四相八拍。ULN2003模塊的引腳VCC接5V電源，GND接MCU的GND，MCU的PB0、1、3、4分別接IN4（步進(jìn)電機(jī)橙線）、3（黃）、2（粉）、1（藍(lán)）。

圖 5.1.5  步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路

本設(shè)計(jì)采用STM32最小系統(tǒng)板，主芯片采用STM32F103C8T6，該MCU是ST公司出品的高性能低功耗系列MCU之一，供電電壓范圍1.65V-3.6V，采用超低漏電工藝技術(shù)，使得MCU的運(yùn)行速度和功耗與其供電無關(guān);具有48個引腳、128kB程序Flash、lOkBRAM、8個16位定時器、2路USART、2路SPI、2路I2C和1路USB通信接口;內(nèi)置16MHz和38kHzRC振蕩器，使得電路無需外部晶振也能正常運(yùn)行。該系列MCU可長時間運(yùn)行在低功耗狀態(tài)，具有周期性喚醒功能，快速喚醒時間低至4us，且數(shù)據(jù)量較小、數(shù)據(jù)傳輸間隔周期較大。

為了盡可能降低功耗，本設(shè)計(jì)未使用外部晶振，而使用內(nèi)部16MHz的MSI RC振蕩器作為系統(tǒng)主時鐘源，經(jīng)160分頻成lOOkHz供I2C外設(shè)使用，I2C采用低速率，可以穩(wěn)定傳輸且降低功耗。MCU長時間處于停止?fàn)顟B(tài)，內(nèi)部除RTC實(shí)時時鐘（采用內(nèi)部LSI 40kHzRC振蕩器，低于luF電流）外，其余定時器全部停止計(jì)數(shù)，RTC實(shí)時時鐘每隔30秒喚醒MCU，內(nèi)部16MHz RC振蕩器開始工作，主控程序正常運(yùn)行，讀取傳感器參數(shù)，并上傳至OneNET云平臺。

為了進(jìn)一步降低功耗，最小系統(tǒng)板上電后，IO端口全部初始化為無上拉的模擬輸入模式，以降低漏電電流;USART的Rxd引腳設(shè)置成模擬輸入模式，Txd引腳設(shè)置成開漏無上下拉輸出模式;關(guān)閉中斷源;MCU停止前關(guān)閉USART、I2C等所有外設(shè)，然后進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài);當(dāng)RTC時鐘周期性喚醒MCU后重新初始化之前配置的10和外設(shè)設(shè)置。

圖3.6是STM32主控電路圖，采用最小系統(tǒng)板，其中VBAT為系統(tǒng)電源，使用USB供電;BOOTO和BOOT1引腳都接地，系統(tǒng)上電后默認(rèn)從用戶Flash啟動。STM32F103C8T6通過I2C接口連接SHT20溫濕度傳感器、GY30光照強(qiáng)度傳感器、YL69土壤濕度傳感器和SGP30二氧化碳傳感器;通過USART串口連接ESP8266 WIFI模塊。

圖 5.1.6 STM32F103C8T6主控電路

云上OneNET智慧大棚主要功能為遠(yuǎn)程實(shí)時采集溫室的溫濕度、光照強(qiáng)度、土壤濕度、二氧化碳濃度等信息，對采集的信息進(jìn)行通風(fēng)、遮光、灌溉等操作。實(shí)現(xiàn)方法為STM32MCU處理來自溫濕度傳感器SHT20、外接土壤濕度傳感器YL69、GY30光強(qiáng)傳感器、SGP30二氧化碳傳感器等采集的信息，再通過板載ESP8266將數(shù)據(jù)傳送到OneNET云平臺，在云平臺上設(shè)計(jì)監(jiān)控界面來顯示接收到的數(shù)據(jù)，既可以實(shí)現(xiàn)超過閾值的自動操作又可以人為遠(yuǎn)程控制溫室內(nèi)的抽水系統(tǒng)進(jìn)行澆灌、直流風(fēng)扇換器、遮光簾降下、陰天補(bǔ)光等操作。

本設(shè)計(jì)采用中國移動物聯(lián)網(wǎng)有限公司的OneNET方案，OneNET接入流程如圖4.1所示。其中賬號注冊、創(chuàng)建產(chǎn)品、添加設(shè)備3個步驟需要用戶在https：//open.iot.10086.cn/頁面上進(jìn)行操作。賬號注冊時填寫用戶的個人信息;創(chuàng)建產(chǎn)品時，產(chǎn)品信息的聯(lián)網(wǎng)方式須選擇“wifi”，協(xié)議須選擇“EDP[3]”;添加設(shè)備時填寫“云上OneNET智慧大棚”，并添加麒麟座迷你開發(fā)板的產(chǎn)品ID和鑒權(quán)信息;STM32主控OneNET.c程序完成接入流程中的上報(bào)數(shù)據(jù)步驟，將傳感器參數(shù)上傳至OneNET云平臺;通過瀏覽器或中國移動的“設(shè)備云”APP可以查看展示數(shù)據(jù)。

圖 5.2.1 OneNET接入流程

STM32主控程序完成接入流程中的上報(bào)數(shù)據(jù)步驟，其流程如圖4.2所示。

圖 5.2.2上報(bào)數(shù)據(jù)子流程

圖 5.2.3主程序框架流程圖

圖 5.3.1與OneNET創(chuàng)建連接

圖 5.3.2具體數(shù)據(jù)（json）上傳至OneNET云平臺

圖 5.3.3數(shù)據(jù)包上傳至OneNET平臺

圖 5.3.4數(shù)據(jù)包從OneNET云平臺下傳

圖 5.3.5主程序代碼

圖 5.4.1云平臺應(yīng)用界面

云上Onenet智慧大棚代碼.7z (1.59 MB, 下載次數(shù): 588)

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