基于ayla物联网云的农业大棚温湿度监控系统的设计

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1、基于Ayla物联网云的农业大棚温湿度监控系统的设计1弓I言(Introduction)物联网(InternetOfThings,IOT)可以理解为具备传感器的物体通过组网部件，依据特定的通信协议相互连接的互联网，实现智能化识别，物与物数据交互，人对物的监控和管理［1］。在互联网+时代，基于物联网技术的智能农业应运而生。本设计针对传统小规模个体农业模式正转变成大规模农场模式，农田水电基础设施不断完善，塑料大棚得到了广泛应用趋势，依托Ayla物联网云平台实现农业大棚温湿度远程监控［2］。2系统方案设计(Systemdesign)本系统分为主控机系统、WiFi通信模块、WiFi路由器、智能控制终

2、端、物联网云服务器平台等部分［3］,如图1所示。图1远程控制系统结构图Fig.1Remotecontrolsystemstructureciiagram系统基本原理是：大棚安装温度传感器、土壤里埋有湿度传感器，主控微机周期性地釆集两个传感器信号，与WiFi模块通信，经无线路由器上传至物联网云平台数据库。主人可用手机上互联网云平台查看大棚温度、湿度。当温度过高需要通风或土壤太干需要浇水时，在手机APP上点击通风、喷灌图标，发送指令到互联网云服务器、路由器、WiFi模块通信模块，送至主控微机，产生通风或喷灌信号，触发继电器,打开通风机或水阀周期性地放水，放水10秒钟，暂停20秒，直至达到设定的

3、温湿度指标，主机监控系统自动停止通风、放水，达到远程控制的口的。3硬件配置(Hardwaredevices)(1)主控系统主控系统包括主机、测量、控制、通信几个部分。主控机是系统的核心部分，负责接收来自云平台的主人指令，并按照设定程序上传温湿度参数或控制喷灌、通风机开启，达到设定值后自动关闭。主机选用ST公司岀品的32位ARM微控制器STM32F103,在芯片原有典型电路的基础上加上保护电路即可应用于产品STM32F103的最小系统[4],最小系统电路结构简单，布线方便，只需接很少元件即能正常工作。温度传感器选用达拉斯公司生产的DS18B20,体积小，抗干扰能力强，检测温度范围为・55£—

4、+125。0,全数字温度转换及输出，与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现双向通讯，最高12位分辨率，可选择寄生工作方式，内置EEPROM,限温报警功能，测量电路如图2所示。Z5oO>图2DS18B20与测量图Fig.2MeasuringcircuitofDS18B20湿度检测器选用LM393,测量电路如图3所示。J是两个插片，插在土壤里，根据事先的工作我们测出了一般较湿润的土壤在固定的探针间的电阻在儿百欧，AC口用来采集电压值，当土壤湿度少时，探针间电阻接近无穷大，AC值就相当于是VDD值，当土壤湿度大时，此时探针的电阻会减少到几千甚至几百欧，此时AC的电压会变化。LM393是一个比较器

5、通过设置一个标准值，当湿度大（AC值小），OUT输出低电平，相反输出高电平。OVDD

6、RU1OKQVDDO.lufIN2AC7UN.UN4.2IN.1OUTLM393AN2OUT17OUTO.lufI4图3湿度检测电路Fig.3Humiditydetectioncircuit(2)WiFi通信模块WiFi模块采用了USI公司的一颗Ayla模组，型号WMN-BM-09A,内置无线网络协议IEEE802.11协议栈及TCP/IP协议栈，模块包含了一个BCM433621信号芯片和一个STM32F205的MCU,—个2.4GHz的WLANCMOS功率放大器，提供了电子配件WICED授权，具有集成的

7、IEEE802.11b/g和手持设备级802.11n,满足系统输出功率，实现用户数据到无线网络之间的转换[5],其组成机构如图40STSTM32F205RXY6ChertAPWICEDSDKWinCoreFWUS1WJCEDModule图4WiFi通信模块Fig.4WiFicommunicationmoriule该嵌入式串口模块支持USB接口，支持最大带宽为65Mbit/s[6],负责建立主机系统和手机APP的一个通路，通过无线局域网连接到路由器，再与远程服务器连接进行数据交换，完成数据传输，达到远程控制的冃的。(3)WiFi路由器实际工作中设立功率较大的无线AP站点，实验时选用了常用了T

8、P-LinKTLWR720N便携式无线路由器。(4)智能控制终端可用平板电脑或智能手机，本人使用Android系统华为手机荣耀6。(5)执行机构主控机输岀喷水、通风开关信号后，经继电器控制水泵与通网机的交流接触器、电动机完成相应动作，电动机根据负载大小选择。3软件设计(Softwaredesign)本系统主控机软件是在Keil开发环境编写的嵌入式程序代码，包括主控机主程序、主控机与WiFi模组通信程序、通信模组与云平台通