基于嵌入式的智慧農(nóng)業(yè)園區(qū)系統(tǒng)

明立娟

（攀枝花學(xué)院，四川 攀枝花 617000）

隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長，人們對智慧農(nóng)業(yè)園區(qū)有越來越高質(zhì)量的需求。建立一個低成本、高效率的智慧農(nóng)業(yè)園區(qū)系統(tǒng)已成為當(dāng)今世界的一個熱點(diǎn)話題。目前越來越多的智慧農(nóng)業(yè)園區(qū)產(chǎn)品出現(xiàn)在市場上，其中以基于局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)本地的智能安防系統(tǒng)居多。目前真正實(shí)現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)園區(qū)上網(wǎng)，構(gòu)成一套完整的解決方案，達(dá)到真正的物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)體系還處于探索期。隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的無縫化、廣闊化以及手機(jī)的普遍化和小程序的便捷化，為基于無線網(wǎng)關(guān)智慧園區(qū)生活系統(tǒng)提供了巨大的應(yīng)用空間。本文采用樹莓派3B為系統(tǒng)控制核心，利用傳感器、控制器等設(shè)備，通過無線技術(shù)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制家電設(shè)備，智能防盜以及采集室內(nèi)溫濕度，光照強(qiáng)度，甲醛及煙霧等數(shù)據(jù)信息。達(dá)到真正意義上的園區(qū)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控和管理。

1 系統(tǒng)設(shè)計

總體設(shè)計包含硬件設(shè)備，本地服務(wù)器，云服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫，小程序客戶端?？傮w框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計總體框圖

2 系統(tǒng)程序設(shè)計

系統(tǒng)主要程序?yàn)镻ython語言和node.js以及少量的lua語言，包含網(wǎng)絡(luò)編程開發(fā)，硬件開發(fā)，小程序客戶端開發(fā)。主要包括TCP通信，HTTP通信，串口通信，PWM控制，GPIO控制等。以下為各個部分的程序框圖：

2.1 服務(wù)器響應(yīng)設(shè)計

采用Python搭建本地服務(wù)器。包含四大功能：其一，獲取云端命令并轉(zhuǎn)發(fā)給下位機(jī)；其二，處理并上報室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)和防盜數(shù)據(jù)；其三，獲取視頻流數(shù)據(jù)推流給騰訊云；其四，獲取語音命令處理后下發(fā)給下位機(jī)并上報云端。在本地搭建TCP服務(wù)器，使得下位機(jī)設(shè)備得以接入服務(wù)器。再創(chuàng)建三個線程，分別實(shí)現(xiàn)下發(fā)命令、上報數(shù)據(jù)、語音控制。下發(fā)命令使用Socket套接字通訊，上報數(shù)據(jù)使用HTTP協(xié)議POST給指定域名，視頻監(jiān)控使用FFmpeg軟件實(shí)現(xiàn)推流到騰訊云，在小程序端使用live-player組件實(shí)現(xiàn)播放視頻流。語音控制則使用百度提供的語音識別（STT）和語音合成（TTS）的REST API調(diào)用，修改數(shù)據(jù)庫命令實(shí)現(xiàn)語音控制。程序流程圖如圖2所示。

圖2 服務(wù)器流程圖

2.2 下位機(jī)程序流程圖

因安裝位置限制，本文采用兩個基于NodeMCU的下位機(jī)，一個主要功能為獲取服務(wù)端命令，執(zhí)行開關(guān)電燈，窗簾，門等設(shè)備的操作。另一個主要功能為上報當(dāng)前環(huán)境數(shù)據(jù)給服務(wù)器，以及掃描紅外觸發(fā)裝置，監(jiān)測防盜信息（如圖3）。

圖3 下位機(jī)程序流程圖

3 硬件電路設(shè)計

下位機(jī)硬件電路設(shè)計，采用安信可公司的基于ESP8266的NodeMCU測試板為主控裝置，添加外圍硬件實(shí)現(xiàn)無線對接及遠(yuǎn)程遙控。門禁系統(tǒng)采用電磁鎖，一頭連接在繼電器的COM端，一頭接地，繼電器的DC+端接三極管的發(fā)射極，DC-接地，三極管的基極連接在NodeMCU的D0管腳口。燈光調(diào)節(jié)系統(tǒng)使用PWM進(jìn)行調(diào)節(jié)，兩盞LED燈的正極分別接D2口和D3口，負(fù)極接地，通過設(shè)置D1、D2口為PWM輸出，調(diào)節(jié)PWM改變LED1和LED2燈光的明暗。窗簾的伸縮則使用直流電機(jī)轉(zhuǎn)動齒輪帶動鏈條實(shí)現(xiàn)窗簾伸縮。電機(jī)驅(qū)動使用TB6612fng模塊。模塊的STBY接VCC，VM接12V電源，VCC接5V電源，GND接地，PWMA接NodeMCU的D4口，AIN1和AIN2接NodeMCU的D5和 D6口，AO1和AO2接電機(jī)的兩個腳。園區(qū)生活環(huán)境系統(tǒng)則使用串口獲取傳感器數(shù)據(jù)，傳感器的TXD和RXD接NodeMCU的RXD和TXD，VCC接5V電源，GND接地。安全防護(hù)系統(tǒng)是使用紅外測距原理，分別安裝在大門和窗戶一側(cè)，當(dāng)測試距離減小到預(yù)設(shè)值，則傳感器的COM口接NodeMCU的D1管腳變?yōu)楦唠娖剑瑥亩诔绦蜃x取后發(fā)送給本地服務(wù)器報警并觸發(fā)蜂鳴器警示闖入者。具體電路設(shè)計如圖4。

圖4 下位機(jī)硬件電路圖

4 結(jié)束語

本文設(shè)計了一種基于無線網(wǎng)關(guān)服務(wù)的智慧農(nóng)業(yè)園區(qū)系統(tǒng)。其是以園區(qū)生活為平臺，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將園區(qū)生活有關(guān)的設(shè)備集成與本地服務(wù)器，形成一套完善的智能園區(qū)生活系統(tǒng)?？赏ㄟ^小程序查看及控制現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成對園區(qū)生活的實(shí)時掌控。真正意義上實(shí)現(xiàn)園區(qū)生活的安全、舒適、信息交互與通信能力。