基于On e NET平臺的物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)設計

胡 智，劉竹林，王 慧

（湖北工業(yè)職業(yè)技術學院 智能工程學院，湖北 十堰 442000）

對農(nóng)作物生產(chǎn)環(huán)境進行全面監(jiān)測，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的精準智能管理，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要方向之一[1]。目前，對農(nóng)作物生長環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn)技術差異較大[2-3]，雖然滿足了農(nóng)作物生長環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的部分要求，但同時也面臨著供電方案復雜、成本較高，維護難度大等問題。針對上述存在的問題，本文基于中國移動OneNET物聯(lián)網(wǎng)平臺，利用GPRS網(wǎng)絡和太陽能電池，設計了一種物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設計方案

農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)功能是采集各種傳感器的數(shù)據(jù)信息，獲取的數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)平臺從結構上可以分為感知層、網(wǎng)路層、應用層[4]。本設計參照物聯(lián)網(wǎng)體系結構，將硬件設計為主控模塊、傳感器模塊、供電模塊、網(wǎng)絡模塊、OneNET平臺，其系統(tǒng)結構如圖1所示。

UNO單片機作為整個系統(tǒng)核心，其硬件連接方式為：①UNO單片機模擬引腳A0和A1分別接土壤濕度、雨水傳感器，A4和A5與光照傳感器連接，采用I2C通信協(xié)議；②4UNO單片機數(shù)字引腳D2和D3通過程序定義為軟串口，與SIM800L模塊通信，D4和D5分別接空氣溫濕度傳感器、土壤溫度傳感器；③太陽能電池板通過TP4056模塊向18650電池充電，向各個模塊提供電壓。

由于篇幅有限，本文不再贅述傳感器原理。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式采用GPRS網(wǎng)絡，選用SIM800L模塊，由于該模塊在接入網(wǎng)絡時電流可達500 mA，故在系統(tǒng)設計時采用單獨供電、間斷性聯(lián)網(wǎng)的方式提高穩(wěn)定性，降低功耗。

2 系統(tǒng)軟件設計

本系統(tǒng)4個方面實現(xiàn)監(jiān)測功能：數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡控制、通信傳輸和展示管理。

2.1 SIM800L軟件設計

SIM800L模塊相當于UNO單片機和OneNET平臺之間的通信媒介，使用SIM800L模塊上的RX、TX引腳與UNO單片機RX、TX引腳連接，建立串口通信。為便于系統(tǒng)調試，一般UNO單片機的硬串口用于與PC通信，輸出調試信息，故系統(tǒng)設計中，通過調用軟串口庫，UNO單片機定義D2、D3兩個引腳，用軟串口向SIM800L發(fā)送一系列AT指令，從而實現(xiàn)建立TCP連接，其網(wǎng)絡連接流程如圖2所示。

2.2 數(shù)據(jù)上傳至OneNET平臺

SIM800L與OneNET平臺連接成功后自動進入透傳模式，此時UNO單片機向SIM800L發(fā)送的數(shù)據(jù)都會被透明傳輸至OneNET平臺，本系統(tǒng)中UNO單片機將采集的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)通過EDP協(xié)議與平臺進行傳輸。EDP（Enhanced Device Protocol）即增強設備協(xié)議，是OneNET平臺根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)特點專門定制的完全公開的基于TCP的協(xié)議，被廣泛應用到家居、物流、能源以及其他行業(yè)應用中[5]。其數(shù)據(jù)發(fā)送流程圖如圖3所示。

UNO單片機通過packetDataSaveTrans函數(shù)構造一個EDP協(xié)議包，將傳感器采集的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)流名稱對應放入EDP協(xié)議包，平臺通過解析數(shù)據(jù)流名稱即可得到傳感器數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)中自定義的數(shù)據(jù)流關系如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)流關系表Tab.1 The table of data flow relationship

2.3 平臺界面設計

在OneNET平臺應用管理界面，通過網(wǎng)頁提供的可視化工具，將儀表盤和折線圖拖至相應位置，然后在控件屬性中選擇此次注冊的設備名稱和表1所示的數(shù)據(jù)流名稱，依次綁定數(shù)據(jù)與控件，最終完成平臺界面設計。

3 試驗及結果

系統(tǒng)試驗主要包括：傳感器采集測試、SIM800L網(wǎng)絡測試、數(shù)據(jù)展示頁面測試。將移動電話卡裝入SIM800L模塊后通電，模塊綠燈慢閃代表接入網(wǎng)絡正常，PC端通過串口調試助手觀察系統(tǒng)接入平臺步驟和傳感器數(shù)值，登錄OneNET應用管理，看到設備在線標識，登錄手機app可以實時觀察查到各項傳感器數(shù)值以及歷史折線圖，如圖4所示。

4 結語

通過試驗，本系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，具有效率高、成本低、功耗小等特點，為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理與研究，提供了一種新的解決方案，同時本系統(tǒng)傳輸方案靈活，系統(tǒng)擴展方便，具有良好的研究前景與應用前景。