智能農業系統可視化操作平臺設計

涂樸 邱永正

摘 要：針對現代智能農業可視化、易操作、低成本的需要，利用STM32F103ZET6處理器、觸摸顯示屏、CC2530芯片、LabVIEW軟件設計了一種針對智能農業系統的可視化操作平臺。該操作平臺主要包括一個智能網關和一個嵌入式人機交互界面。智能網關主要實現數據處理和控制，操作界面可方便用戶直接通過界面實現對每個控制模塊的控制，同時也可方便地將智能網關存儲的各項數據調用查看。該設計平臺操作簡單，實時性高。

關鍵詞：智能網關；STM32F103ZET6處理器；LabVIEW；G語言；嵌入式

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）07-0-02

0 引 言

隨著無線傳感器網絡技術和物聯網技術的快速發展，我國農業發展也逐步走向智能化控制道路[1，2]。智能農業系統主要通過空氣溫濕度、土壤濕度、光照強度等傳感器采集大量的環境數據，再利用無線傳感網傳輸數據，完成灌溉、通風、加溫、補光系統的自動控制[3，4]。該系統可根據農作物不同的生長周期進行不同的環境控制，可極大程度上增加農作物產量，降低人力成本。智能農業系統一般分為智能網關、無線傳感網、自動控制設備三個部分。

智能網關是整個智能農業系統的樞紐，包括數據處理、用戶自定義控制、數據上發和無線傳感網組建等重要功能。對各環境采樣點采集到的光照強度、溫濕度等信息進行錄入和分析，經軟件分析處理后執行相應的管理決策。自動控制設備的運行狀態也可以通過智能網關進行配置和管理。為了方便用戶操作，在智能網關上還需設計一個友好的嵌入式人機交互界面。用戶可以通過該操作界面對每個控制系統進行控制，以達到靈活運用的效果，在最大程度上智能控制各執行器，達到高效節能的目的。

1 智能網關總體設計

智能網關是整個系統的核心，主要由STM32F103ZET6處理器[5，6]、TFT觸摸顯示屏、藍牙模塊和CC2530構成，處理器自身帶有512 K的Flash。數據存儲方面采用SD卡。用戶能方便的將智能網關存儲的各項傳感器數據調用查看。智能網關供電方式為電池供電和外接電源共用，電池一次充電可使用一周，此舉減少了為智能網關供電的煩惱。操作系統采用μC/OS-II嵌入式實時操作系統，移植UCGUI圖形支持系統開發UI界面[7]，并增加存儲設備SD卡驅動程序和一些外圍硬件的驅動支持，完成智能網關系統設計。智能網關系統程序流程圖如圖1所示。

2 串口程序設計

串口程序主要用來接收智能網關發送的數據，并發送數據到智能網關。先由一個硬件串口連接智能網關，設置各項串口參數，通過寫入函數傳送到軟件內的接收函數，解析處理數據。其串口接收程序如圖2所示。

3 顯示程序設計

顯示模塊顯示傳感器接收到的溫度、空氣濕度、光照度、土壤濕度等信息。同時監控所收到的信息是否達到報警數據，并判斷是否發出警報。網關接收串口發送來的數據，并通過公式節點判斷后將采集到的數據經串口和字符串轉換器拆解出溫度、濕度等數據。用十進制的方式顯示在儀表盤上，同時也加入一個比較函數，設定一個最高溫度、濕度等，判斷各項數值是否達到報警值，并將數值存入一個數組中。其顯示程序設計如圖3所示。

4 控制程序設計

4.1 自動控制程序

自動控制程序先設置各項閾值，再根據串口接收到的智能網關的各項數據判斷是否存在異常，如果沒有異常，不做處理；若有異常，串口發送相應的控制指令，進行各項控制調節。自動控制程序如圖4（a）所示。

4.2 手動控制程序

手動控制程序根據顯示程序所顯示的各項數據進行自我判斷，若數據出現異常，則進行調整，由串口發送數據到智能網關，進行開關的開和關，使各項數據能穩定于正常范圍內。手動控制程序通過手動按下按鍵發送相應的數值到下位機，以控制硬件設備。手動程序結構如圖4（b）所示。

5 操作界面設計

利用G語言在LabVIEW軟件中寫出智能網關控制水泵、風扇、補光燈、加熱等設備的程序，并對界面進行適當美化。LabVIEW自帶很多界面美化工具，通過更改按鈕圖標，選擇合適的png圖片替換便可修改系統自帶的按鈕。整體界面如圖5所示。

6 結 語

本文設計的智能農業系統操作平臺將灌溉、通風、補光、加熱的自動控制呈現在一個終端上，用戶足不出戶即可通過該操作平臺遠程管理農田，很大程度上減少了勞動量，節約了物力人力。在設計中，上位機還存在諸多不足，需要在今后的工作中不斷完善。

參考文獻

[1]張琛馳.對我國農業物聯網發展的思考[J].現代農業科技，2012 （22）：34-35.

[2]高雪梅.中國農業節水灌溉現狀，發展趨勢及存在問題[J].天津農業科學，2012，18（1）：54-56.

[3]楊瑋，呂科，張棟，等.基于ZigBee技術的溫室無線智能控制終端開發[J].農業工程學報，2010，26（3）：198-202.

[4]王驥，周文靜，沈玉利.基于無線傳感網絡的節水灌溉系統設計[J].中山大學學報（自然科學版），2008，47（S1）：29-31.

[5]孫啟富，孫運強，姚愛琴.基于STM32的通用智能儀表設計與應用[J].儀表技術與傳感器，2010（10）：34-36.

[6]勾慧蘭，劉光超.基于STId32的最小系統及串El通信的實現[J].工業控制計算機，2012（9）：26-29.

[7]張保華，李士寧，滕文星，等.基于無線傳感器網絡的溫室測控系統研究設計[J].微電子學與計算機，2008，25（5）：154-157.