基于單片機的果園智能監控系統

摘要：基于無線技術和傳感器技術設計了果園智能監控系統。該系統可以實時檢測果園指定區域的溫濕度、光照強度和煙霧等信息，并可根據需要定時發出聲音報警來驅逐害鳥，提高了果園環境檢測和管理的智能化。

關鍵詞：nRF24L01；果園；傳感器

中圖分類號：S126；TP334.2 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）20-5365-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.20.050

Abstract： An intelligent monitoring system for the orchard based on wireless technology and sensor technology is designed in this paper. The temperature and humidity，illumination intensity and smog of the designated areas can be detected in real-time by this system. Furthermore sound alarm will be sent out when needed to expel noxious bird，which greatly improves the intelligent level of the environment detection and management of the orchard.

Key words： nRF24L01； orchard； sensor

目前，中國正處于由傳統農業向現代農業轉化進程中，科技信息技術被廣泛應用在農業各個領域[1-3]，以智能化農業信息技術改造農業的發展是當前備受關注的工作[4，5]。農作物受外界環境影響明顯，具有多樣性、多變性、零散分布等特點，農業環境和生物信息采集和管理是所有工作和研究的出發點，具有十分重要的意義。目前，中國溫室環境控制仍靠人工經驗來管理，嚴重影響了農業生產的效益，阻礙了農業生產的發展。因此，采用先進的人工智能技術，科學、合理地控制影響作物的環境因子，以便給作物創造最佳的生長條件，提高農產品的質量、產量，創造更大的經濟價值和社會效益。

1 系統硬件設計

系統分為節點系統與主系統，如圖1所示。從圖1中可見，系統由節點系統和主系統兩部分構成，主系統放置在監控室，節點系統放置在需要檢測的地方，負責果園環境的具體監測，然后通過無線將檢測的信息回傳，主系統負責綜合處理節點發來的信息并可以對節點系統進行相關設置。

1.1 主系統構成

主系統由STC8952單片機、聲光報警模塊、nFR24L01[6，7]無線模塊、鍵盤和液晶顯示模塊5個部分構成，如圖2所示。主系統主要完成對節點采集數據的接收、處理和顯示，并可以對節點系統進行相關參數的設置。

1.2 節點系統的構成

如圖3所示，節點系統主要包含有熱釋電紅外傳感器模塊、溫濕度傳感器模塊DHT11[8，9]、煙霧傳感器模塊和光敏傳感器模塊[10]，分別完成對果園所處環境的人為入侵、溫濕度、煙霧濃度和光照強度的模擬信號采集。

節點系統通過實時采集各類傳感器檢測的相關信息，然后通過nFR24L01無線模塊傳送給主系統，并接收主系統傳輸過來的參數設置，也可以根據需要發出聲音報警。

2 系統軟件設計

系統由主系統和節點系統構成：主系統程序設計、無線收發程序設計和節點系統程序設計等3個部分。

2.1 主系統程序流程

主系統主要實現用戶設置的輸入和對無線接收節點系統發來的信息進行相應的處理如圖4所示。從圖4中可見，主系統軟件主要首先完成對聲光報警模塊、液晶顯示模塊、單片機系統資源和無線模塊的初始化工作，然后實時就是完成鍵盤和無線模塊收發的實時處理，保證用戶輸入的控制信息能夠及時通過無線模塊下傳到節點系統，同時將從節點系統接收的信息通過液晶屏進行顯示。

2.2 無線數據收發流程

無線數據的收發流程如圖5所示。從圖5（a）可見，單片機先進行初始化操作，初始化包括設置單片機I/O和SPI相關寄存器兩部分。經過SPI總線配置射頻芯片使其開啟工作模式。發射數據時，首先將nRF24L01配置為發射狀態，然后把發送端待發射數據的目的地址TX_ADDR和數據TX_PLD寫入nRF24L01緩沖區中，等待發送。圖5（b）中無線接收模塊軟件設置接收數據時，首先將nRF24L01配置為接收狀態，然后延遲進入接收狀態等待數據的發送。當接收方檢測到地址和CRC時，就將數據包儲存在接收堆棧中，與此同時狀態寄存器中的中斷標志位RX_DR置高，產生中斷使IRQ引腳變為低電平，以便通知單片機去讀取數據。

2.3 節點系統流程

節點系統要完成對各個傳感器的數據讀取，然后將數據通過無線模塊傳送給主系統，并根據主系統發來的控制信息進行聲音報警驅逐害鳥等功能。因為各個節點系統要完成的功能相同，所以以其中一個節點系統的程序流程（圖6）進行介紹。從圖6可見，節點系統首先對nFR24L01無線模塊和單片機內容硬件資源進行初始化，然后在程序主循環中進行各類傳感器的檢測，將檢測到的結果進行無線發送，并完成由主控系統從無線模塊傳來的控制命令。

3 小結

該系統通過相關的傳感器實時檢測果園的溫濕度、光照強度和煙霧等信息的收集，為果樹成長狀態分析提供相關的數據；通過熱釋電紅外傳感器模塊檢測到有人出現在該區域立刻向控制室的主系統發出報警信息；并通過主系統的設置可以讓節點系統定時發出聲音報警來驅逐害鳥。因此，該系統提高了果園管理的智能化，具有較好的應用前景。

參考文獻：

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