年第期 連接云平臺(tái)的智能溫室大棚檢測(cè)系統(tǒng)楊鵬 ，包本剛 ，陳小雷（湖南科技學(xué)院 電子與信息工程學(xué)院 ，永州）基金項(xiàng)目 ：湖南科技學(xué)院大學(xué)生研究型學(xué)習(xí)與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目資助 ：湘科院教發(fā) 號(hào) 。摘要 ：在當(dāng)今智能化的背景下 ，傳統(tǒng)的管理方式已無(wú)法滿足對(duì)溫室大棚的實(shí)時(shí)檢測(cè)與控制 。智能溫室大棚控制系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接云平臺(tái) 、溫室終端和用戶 ，實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)大棚內(nèi)環(huán)境 （土壤溫濕度 、土壤酸堿度 、空氣濕度等 ）的實(shí)時(shí)檢測(cè)與控制 ，從而減少人工看護(hù) ，降低成本 。關(guān)鍵詞 ：云服務(wù) ；溫室檢測(cè) ；中圖分類號(hào) ： 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ： ， ， （ ， ， ，）： ， ， （ ， ， ） ， ， ： ； ；引言隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的迅速崛起 ，其應(yīng)用已經(jīng)延伸到了人們生活中的各個(gè)方面 ，在現(xiàn)代的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中同樣出現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)的身影 ，特別是智能溫室蔬菜大棚遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)極大地提高了農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)力 。目前智能溫室大棚遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用的設(shè)計(jì)方案往往結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜 ，如自組網(wǎng)（嵌入系統(tǒng) ）通信模塊商業(yè)云平臺(tái) 。由于子系統(tǒng)較多 ，采用的模塊較為復(fù)雜 ，所以實(shí)現(xiàn)成本較高 ，難度較大 。本文基于云服務(wù)的溫室檢測(cè)系統(tǒng) ，采用為主控芯片無(wú)線通信模塊 ，無(wú)需運(yùn)行和協(xié)議棧，且子系統(tǒng)和模塊較少 ，使得整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)容易 ，成本較少 ，維護(hù)比較簡(jiǎn)單 ，是溫室測(cè)控系統(tǒng)的理想選擇 。 系統(tǒng)架構(gòu)如圖所示 ，整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)分為個(gè)部分 ：溫室服務(wù)器 、樂(lè)聯(lián)云 、用戶終端 。用戶通過(guò)樂(lè)聯(lián)云可以實(shí)時(shí)獲取溫室大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)并能做出調(diào)整 。溫室服務(wù)器通過(guò)樂(lè)聯(lián)云向用戶反饋數(shù)據(jù) ，并接收用戶命令 。樂(lè)聯(lián)云提供數(shù)據(jù)的存儲(chǔ) 、檢測(cè) ，數(shù)據(jù)命令的轉(zhuǎn)發(fā) ，緊急情況下向用戶報(bào)警的功能 。 溫室服務(wù)器下位機(jī)設(shè)計(jì)原理如圖所示 ，溫室服務(wù)器采用圖 系統(tǒng)示意圖芯片 ，該芯片擁有 ，含有多達(dá)路、路比較器 、個(gè)定時(shí)器等資源 。特別是其多達(dá)個(gè)引腳和超低的功耗十分適合系統(tǒng)需求 。通信模塊采用的是模塊 ，通過(guò)連接進(jìn)行上網(wǎng)，其具有操作指令簡(jiǎn)單 、使用方便 、連接容易等優(yōu)點(diǎn) 。采用指令聯(lián)網(wǎng)時(shí)只需條指令 ，網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)自動(dòng)重連 ，使用和進(jìn)行通信。 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)如 圖所 示 ，采 用作為主控制芯片 ，實(shí)現(xiàn)終端數(shù)據(jù)采集功能 ，并且通過(guò)將采集 的 土 壤 、空 氣 溫 濕 度 、敬請(qǐng)登錄網(wǎng)站在線投稿年第期 圖 溫室服務(wù)器框架圖光照強(qiáng) 度 、濃 度 等終端 數(shù) 據(jù) 通 過(guò)協(xié)議 打 包 上 傳 到 樂(lè) 聯(lián)網(wǎng)平 臺(tái) 。在 物 聯(lián) 網(wǎng) 農(nóng)業(yè)溫室大棚中 ，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種 數(shù) 據(jù) 的 實(shí) 時(shí) 監(jiān) 控必須接入相應(yīng)的傳感器 ，本系統(tǒng)的傳感器數(shù)據(jù)采集部分共分為空氣溫度采集 、空氣濕度采集 、土壤溫度采集 、土壤濕度采集 、光照強(qiáng)度采集 、濃度采集 ，其中采集空氣溫濕度數(shù)據(jù)使用數(shù)字溫濕度傳感器，土壤溫度采集使用數(shù)字傳感器 ，光照強(qiáng)度采集使用光學(xué)數(shù)字傳感器 ，土壤濕度采用土壤濕度檢測(cè)模塊 ，濃度采用二氧化碳濃度測(cè)量檢測(cè)模塊 。圖 數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)原理圖 控制模塊設(shè)計(jì)如圖所示 ，控制電路使用芯片繼電器組合的方式控制電源通斷的方式 ，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外部不同亮度的光進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控 、溫室的排風(fēng)機(jī)控制 、溫室加熱裝置的控制 、對(duì)溫室滴灌裝置的控制 、對(duì)溫室卷簾裝置的控制 。圖 控制電路 電源設(shè)計(jì)方案：采用節(jié)干電池 （）實(shí)現(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)下位機(jī)和各個(gè)模塊所需要的電源需求 ，使用交流電對(duì)控制模塊進(jìn)行供電 。方案：采用電源適配器作為下位機(jī)的電源 ，提供電壓 ，最大電流 。采用電源適配器 。方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ，實(shí)現(xiàn)容易 ，且更加符合大棚環(huán)境下的使用 ，所以最終電源方案使用方案。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)通過(guò)模塊上傳數(shù)據(jù) ，通過(guò)指令控制模 塊 。通 過(guò) 串 口 與通信 。登錄樂(lè)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái) （云平臺(tái) ），將數(shù)據(jù)按一定格式發(fā)送到平臺(tái) 。各個(gè)檢測(cè)模塊和控制模塊在各模塊時(shí)序的控制下通過(guò)的引腳與進(jìn)行通信 。其中的引腳為（）、（），波特率為 。（）的指令如表所列 。表 的 指令指令 功能 測(cè)試 連接 登陸云平臺(tái) 選擇透?jìng)髂Ｊ?開(kāi)啟透?jìng)鲾?shù)據(jù)上傳格式為 ：用戶認(rèn)證 ：“ ：，“ ：“ 用戶名 “ ，“ ：“ 設(shè)備號(hào) “ ，“ ：“ 數(shù)據(jù)上傳 ：“ ：，“ ：，“ ：“ 傳感器號(hào) “ ：值 ，“ ：（）模塊首先主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào) ，即拉低數(shù)據(jù)線 ，保持（至少）時(shí)間 ，然后拉高數(shù)據(jù)線（）時(shí)間 ，然后讀取的響應(yīng) ，正常情況下 ，會(huì)拉低數(shù)據(jù)線 ，保持（）時(shí)間 ，作為響應(yīng)信號(hào) ，然后拉高數(shù)據(jù)線 ，保持（）時(shí)間后 ，開(kāi)始輸出數(shù)據(jù) 。（）模塊單總線上的所有通信都是以初始化序列開(kāi)始 。主機(jī)輸出低電平 ，保持低電平時(shí)間至少，以產(chǎn)生復(fù)位脈沖 。接著主機(jī)釋放總線 ，的上拉電阻將單總線拉高 ，延 時(shí)，并進(jìn)入接收模式 （）。接 著拉低總線，以產(chǎn)生低電平應(yīng)答脈沖 。 系統(tǒng)初始化如圖所示 ，初始化系統(tǒng)滴答時(shí)間（），用于 年第期 圖 系統(tǒng)初始化流程圖基本時(shí)間延時(shí) ；初始化系統(tǒng)中斷優(yōu)先 級(jí)（）；初始化串口，波特率為，（）；初 始 化顯示器 ，（）；下位機(jī)人機(jī)交互初始化定時(shí)器，中 斷 一 次 。（，）；初始化矩陣鍵盤(pán) ，（），初始化關(guān)照采集 ，參考電壓為。（）；初始化、風(fēng)扇 、滴灌 、加熱裝置連接引腳 。初始化串口，波 特 率 為 ，用 于 和建立連接 。初始化，發(fā)送指令 。登陸樂(lè)聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái) 。開(kāi)啟定時(shí)器，用于系統(tǒng)刷新 。 數(shù)據(jù)采集模塊軟件設(shè)計(jì)通過(guò)在室內(nèi)安裝的采集模塊對(duì)室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集 。主要有模塊對(duì)空氣的溫濕度使用串行通信 ，按照時(shí)序讀取模塊數(shù)據(jù)獲取當(dāng)前環(huán)境的溫度和濕度 。數(shù)據(jù)采集后會(huì)與預(yù)定值進(jìn)行比較 ，通過(guò)比較結(jié)果判斷對(duì)系統(tǒng)的控制 ，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室的控制 。土壤的溫濕度 、的濃度 、光照強(qiáng)度等通過(guò)溫濕度采集模塊 （）、土壤溫濕度采集模塊 （）、濃度采集模塊 、光照強(qiáng)度采集模塊 （）實(shí)現(xiàn) 。數(shù)據(jù)采集流程圖如圖所示 。 設(shè)備控制模塊軟件設(shè)計(jì)如圖所示 ，設(shè)備控制模塊主要有自動(dòng)模式和手動(dòng)模式兩種 。自動(dòng)模式下 ，系統(tǒng)通過(guò)采集的數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較 ，當(dāng)采集值與預(yù)設(shè)值不匹配時(shí) ，系統(tǒng)就會(huì)自行發(fā)送指令控制相關(guān)的設(shè)備 ，使得不匹配數(shù)值回到正常狀態(tài) 。手動(dòng)模式下 ，通過(guò)云平臺(tái)獲取用戶對(duì)系統(tǒng)的控制指令 ，根據(jù)用戶的意愿開(kāi)啟或關(guān)閉相關(guān)設(shè)備 。圖 數(shù)據(jù)采集流程圖圖 設(shè)備控制流程圖通過(guò)控制引腳的電平控制繼電器模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)外設(shè)的通斷電控制 ，在滿足條件下打開(kāi)相應(yīng)的設(shè)備 。當(dāng)數(shù)據(jù)異常時(shí)進(jìn)行調(diào)整 ，數(shù)據(jù)正常時(shí)斷電 。 樂(lè)聯(lián)云搭建和使用 云平臺(tái)介紹如圖所 示 ，登陸樂(lè)聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)：。在 “我的設(shè)備列表 ”中可以看到用戶當(dāng)前的所有設(shè)備 。在 “設(shè)備添加界面 ”中可以添加設(shè)備 ，設(shè)置設(shè)備標(biāo)識(shí) 、類型 、數(shù)據(jù)刷新時(shí)間 、設(shè)備名稱 、是否可控 （設(shè)備分為兩種 ：可控設(shè)備和非可控設(shè)備 ）。在當(dāng)前用戶中標(biāo)識(shí)是唯一的 ，數(shù)據(jù)的上傳和命令控制都是通過(guò)設(shè)備標(biāo)識(shí)進(jìn)行的 。一個(gè)下位機(jī)服務(wù)器需要添加兩個(gè)設(shè)備 ，一個(gè)非可控設(shè)備用來(lái)接收下位機(jī)服務(wù)器數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù) ，一個(gè)可控設(shè)備用來(lái)接收用戶終端的命令 ，下發(fā)給相應(yīng)的控制器 ，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)服務(wù)器控制模塊的控制 。圖 樂(lè)聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái) 傳感器列表如圖所示 ，在這里將為下位機(jī)服務(wù)器的所有數(shù)據(jù)采集模塊添加傳感器 ，一個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)傳感器 。添加了個(gè)傳感器分別對(duì)應(yīng)空氣溫度采集 、空氣濕度采集 、土壤溫度采集 、土壤濕度采集 、光照強(qiáng)度采集 、濃度采集 。傳感器的值每分鐘刷新一次 ，刷新時(shí)間可在“我的設(shè)備 ”接收設(shè)備中進(jìn)行設(shè)置 。傳感器數(shù)值是最后一次上傳的數(shù)據(jù)值 。傳感器列表中的傳感器都屬于非可控設(shè)備 。圖 傳感器列表 控制器列表如圖所示 ，在這里將為下位機(jī)服務(wù)器的所有控制模塊添加控制器 ，一個(gè)控制模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)控制 。控制器列表的傳感器都屬于可控設(shè)備 ，可根據(jù)實(shí)際需求選擇開(kāi)關(guān)控敬請(qǐng)登錄網(wǎng)站在線投稿年第期 制或者數(shù)值控制 ，開(kāi)關(guān)控制只有兩種狀態(tài) ：開(kāi) 關(guān) ，對(duì)應(yīng)排風(fēng)控制 、卷簾控制 、滴灌裝置控制 。數(shù)值控制用戶可設(shè)置最大值 、最小值 ，從而實(shí)現(xiàn)在區(qū)間內(nèi)的數(shù)據(jù)選擇 ，對(duì)應(yīng)光照強(qiáng)度控制 、加熱裝置控制 。圖 控制器列表 用戶終端的使用（）網(wǎng)頁(yè)端如圖所示 ，端可以打開(kāi)瀏覽器 ，進(jìn)入樂(lè)聯(lián)網(wǎng)：，在菜單列表中選擇集中控制 ，用戶可以看到下位機(jī)上傳的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) ，通過(guò)控制設(shè)備控制下位機(jī) 。圖 網(wǎng)頁(yè)端（）手機(jī)端如圖所示 ，手機(jī)微信關(guān)注 “樂(lè)為物聯(lián) ”公眾號(hào) ，點(diǎn)擊 “我的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備 ”便可查看當(dāng)前大棚環(huán)境數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端控制 。圖 樂(lè)為物聯(lián)公眾號(hào)結(jié)語(yǔ)隨著智能農(nóng)業(yè)的發(fā)展和人工費(fèi)用的成本增加 ，基于云服務(wù)的溫室檢測(cè)將逐漸取代人工 ，成為未來(lái)溫室大棚乃至智慧農(nóng)業(yè)的核心 。基于云服務(wù)的溫室檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫室環(huán)境下的土壤溫濕度 、空氣溫濕度 、土 壤 酸 堿 度 、空 氣 流 動(dòng) 狀況 、光照強(qiáng)度 、氧氣 二氧化碳濃度的檢測(cè) ，并通過(guò)灑水 ，霧化 、加溫 、通風(fēng) 、打開(kāi) 關(guān)閉卷簾的方式控制不同模塊 ，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室環(huán)境的人為控制和通過(guò)對(duì)比數(shù)據(jù)的自動(dòng)控制 。在未來(lái)基于云服務(wù)的溫室檢測(cè)系統(tǒng)將攜手大數(shù)據(jù) ，真正實(shí)現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè) ?；谠品?wù)的溫室檢測(cè)系統(tǒng)還可在智能家居應(yīng)用中進(jìn)行擴(kuò)展 ，實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭環(huán)境的檢測(cè) ，并增加漏電檢測(cè) 、一氧化碳 （煤氣 ）檢測(cè) 、火焰報(bào)警等特定環(huán)境下的系統(tǒng) 。參考文獻(xiàn)孫其博 ，劉杰 ，黎羴 ，等農(nóng)田環(huán)境信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化儀表，（）：杜一騰 ，遲宗濤基于 與 平臺(tái)的實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 ，（）：朱若茜 ，張禮勇無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)環(huán)境中的煤礦安全度評(píng)價(jià) 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào) ，（）：岳敬華 ，張珣智能社區(qū)云服務(wù)平臺(tái)及服務(wù)模式研究物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) ，（）：張尼 ，姚海鵬物聯(lián)網(wǎng)嵌入式智能卡遠(yuǎn)程管理技術(shù)電信工程技術(shù)與標(biāo) ，（）：楊鵬 ，主要研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)應(yīng)用 ；包本剛 （副教授 ），主要研究方向?yàn)榧呻娮与娐吩O(shè)計(jì)和集成電路測(cè)試 。（責(zé)任編輯 ：薛士然收稿日期 ：） 盧先領(lǐng) ，夏文瑞基于最大似然估計(jì)的加權(quán)質(zhì)心定位算法 信息與控制 ，（）：劉魏基于 視頻監(jiān)控的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)研究 衡陽(yáng) ：南華大學(xué) ，：王宣達(dá) ，李臨生嵌入式 下多線程視頻監(jiān)控的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 信息通信 ，（）：劉大紅基于 流媒體服務(wù)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)西安：西安電子科技大學(xué) ，：劉志軍 ，王建基于 的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 ，（）：周寧兆 ，宋彬 ，常義林基于 的視頻通信抗分組丟失方法研究 計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào) ，（）：符曉勇智能小車軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與路徑規(guī)劃方法研究杭州 ：浙江理工大學(xué) ，：廖興宇 ，汪倫杰基于 的 節(jié)點(diǎn)三維定位算法研究 計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展 ，（）：丁銳 ，錢(qián)志鴻 ，王雪基于 和 聯(lián)合估計(jì)的 定位方法 電子與信息學(xué)報(bào) ，（）：謝芝玉 ，劉雄飛 ，胡志坤基于 展開(kāi)的 井下定位算法研究與實(shí)現(xiàn) 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用 ，（）：張龍杰 （講師 ），主要研究方向?yàn)檐娪梦锫?lián)網(wǎng)技術(shù) 、武器控制技術(shù) ；張曉瑜 （工程師 ），主要研究方向?yàn)檐娪梅抡婕夹g(shù) ；胡慧 （工程師 ），主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)與信息通信系統(tǒng) ；張龍?jiān)?（高級(jí)工程師 ），主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)模擬技術(shù) 。（責(zé)任編輯 ：薛士然收稿日期 ：）