基于機智云平臺的物聯網多功能大棚設計

文/李江勇 紀力堯 林曉智

1 硬件結構

1.1 主控芯片及數據顯示

采用性能高、功耗低的32位微控制器STM32F429作為主控芯片，主頻高達180MHz，能夠進行比較高速的運算，使其能和物聯網模塊進行即時通訊，減少數據丟包的可能。數據顯示采用TFTLCD電容觸摸屏，該觸摸屏屏幕分辨率為800*480，16位真彩顯示，采用NT35510驅動，無需外加驅動器，可直接連接單片機進行驅動，屏幕刷新速度可達78.9幀/秒。如圖1所示。

1.2 ESP8266_12F WIFI芯片

該模塊核心處理器ESP8266在較小尺寸封裝中集成了業界領先的Tensilica L106超低功耗32位微型MCU，帶有16位精簡模式，主頻支持80 MHz和160 MHz，支持RTOS，集成Wi-Fi MAC/BB/RF/PA/LNA板載天線。

1.3 前屈伸臂式大棚卷簾機構

在進行機械結構設計方面，采用獨特的前屈伸臂式卷簾機進行對卷簾的驅動，由變速箱和電動機，卷桿和支架三大部分組成，作業原理是經過主機轉動卷桿，卷桿直接拉動草苫或保溫被，而且拉放均有動力支撐，市場運用廣泛。如圖2所示。

1.4 多點放風機構

放風機構目前棚戶大多使用拉線式放風，需要人不斷查看棚內的溫度以進行大棚放風機構的拉開與關閉，而且放風機構是一體的。本設備的放風機構采用同步帶傳動帶動風口動作，方便快捷，設有兩處放風口，當棚內某點溫度過高時，可只開啟其中一個放風口進行通風降溫，而另一處則不用開啟，當達到棚內溫度設定值時自動關閉放風口或者手機APP操作關閉，多點的放風機構可有效的控制大棚溫度。設備整體效果圖如圖3所示。

1.5 多點溫度采集

目前大棚溫度單點采集過于落后，所謂單點采集，就是將ds18b20的DQ與單片機的一個管腳相連，而多點采集就是將多個ds18b20并聯，因為每個ds18b20都有一個獨特的64位序列號，從而允許多個ds18b20同時連在一根單總線上。單片機依靠每個溫度傳感器獨有的64位片序列號辨認總線上的器件，根據序列號分別進行采集，匹配序列號的程序如 下：void Match_rom(u8 a)//匹 配ROM{u8 j;DS18B20_Write_Byte(0x55);

if(a==1){for(j=0;j<8;j++) D S 1 8 B 2 0_Write_Byte(ROM1[j]);}

if(a==2){for(j=0;j<8;j++) D S 1 8 B 2 0_Write_Byte(ROM2[j]);}

if(a==3){for(j=0;j<8;j++) D S 1 8 B 2 0_Write_Byte(ROM3[j]);}}

1.6 PID恒溫及網絡攝像頭

有效的控制大棚溫度對植物的生長是極其重要的，故采用PID恒溫方式控制執行器件電熱絲進行對大棚溫度的控制，本設備可在手機APP界面進行溫度設置。

本設備裝有網絡攝像頭，可通過手機APP查看大棚的狀態，攝像頭亦采用物聯網模式，可不受距離限制，隨時隨地查看，真正實現智能化農業。如圖4所示。

1.7 供電方式

考慮到制作的為大棚模型，為方便搬運以及不用市電供電，本設備的供電方式采用的是12V蓄電池供電。當本設備應用于實際大棚時，可采用市電220V轉12V的60W的開關電源供電，安全可靠。

2 軟件設計

2.1 設備與機智云數據交互流程

使用移植機智云GAgent的Wi-Fi模組建立橋梁，使本設備的數據與機智云互聯互通。設備與機智云數據交互的基本數據流如圖5。

2.2 Wi-Fi模塊傳輸協議處理

圖1：硬件結構設計圖

圖2：前屈伸臂式卷簾機

圖3：整體效果圖

Wi-Fi芯片與STM32的通訊方式為UART，波特率為9600。傳輸字節序采用大端編碼，即高字節在前，低字節在后，通訊的交互形式采用一問一答，即每條命令需要由接收方給出ACK應答確認信息，超時時間為200ms，超時后重發該命令，發送3次后不再嘗試發送，丟棄該包數據。數據指令由包頭（2B）、包長度（2B）、命令（1B）、包序號（1B）、Flags(2B)、有效負載以及校驗和（1B）組成。發送通用協議消息數據程序如下：

圖4：手機界面顯示

2.3 電機驅動電路及程序控制

本設備大棚卷簾機的驅動電機采用的為直流減速電機，通過控制兩個端口的信號輸入，則可控制大棚卷簾機的打開與關閉。電路設計如圖6，其驅動程序如下：

圖5：數據流程圖

圖6：電機驅動電路

3 結語

本文所要制作的設備是在大棚發展過程中與現實科技相結合的成果。在越來越智能化，信息化的今天，大棚的物聯網時代逐漸進入人們的視線，在經過多次實地調研后，加入了上述的功能，以后根據實際產生的問題，可進一步加入到本設備中，具有二次開發能力，真正實現大棚物聯網時代的開發與應用。本設備在制作過程中，得到了濰坊科技學院張建明老師的大力支持，在此表示感謝。