引 言

隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，我國農(nóng)業(yè)發(fā)展也逐步走向智能化控制道路 [1,2]。智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)主要通過空氣溫濕度、土壤濕度、光照強(qiáng)度等傳感器采集大量的環(huán)境數(shù)據(jù)，再利用無線傳感網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，完成灌溉、通風(fēng)、加溫、補(bǔ)光系統(tǒng)的自動(dòng)控制[3,4]。該系統(tǒng)可根據(jù)農(nóng)作物不同的生長周期進(jìn)行不同的環(huán)境控制，可極大程度上增加農(nóng)作物產(chǎn)量，降低人力成本。智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)一般分為智能網(wǎng)關(guān)、無線傳感網(wǎng)、自動(dòng)控制設(shè)備三個(gè)部分。

智能網(wǎng)關(guān)是整個(gè)智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的樞紐，包括數(shù)據(jù)處理、用戶自定義控制、數(shù)據(jù)上發(fā)和無線傳感網(wǎng)組建等重要功能。對各環(huán)境采樣點(diǎn)采集到的光照強(qiáng)度、溫濕度等信息進(jìn)行錄入和分析，經(jīng)軟件分析處理后執(zhí)行相應(yīng)的管理決策。自動(dòng)控制設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)也可以通過智能網(wǎng)關(guān)進(jìn)行配置和管理。為了方便用戶操作，在智能網(wǎng)關(guān)上還需設(shè)計(jì)一個(gè)友好的嵌入式人機(jī)交互界面。用戶可以通過該操作界面對每個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，以達(dá)到靈活運(yùn)用的效果，在最大程度上智能控制各執(zhí)行器， 達(dá)到高效節(jié)能的目的。

1 智能網(wǎng)關(guān)總體設(shè)計(jì)

智能網(wǎng)關(guān)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，主要由STM32F103ZET6 處理器[5,6]、TFT 觸摸顯示屏、藍(lán)牙模塊和CC2530 構(gòu)成，處理器自身帶有 512 K 的Flash。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面采用SD 卡。用戶能方便的將智能網(wǎng)關(guān)存儲(chǔ)的各項(xiàng)傳感器數(shù)據(jù)調(diào)用查看。智能網(wǎng)關(guān)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(wǎng)關(guān)供電的煩惱。操作系統(tǒng)采用μC/OS-II 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，移植 UCGUI 圖形支持系統(tǒng)開發(fā)UI 界面 [7]，并增加存儲(chǔ)設(shè)備SD 卡驅(qū)動(dòng)程序和一些外圍硬件的驅(qū)動(dòng)支持，完成智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)程序流程圖如圖 1 所示。

2 串口程序設(shè)計(jì)

串口程序主要用來接收智能網(wǎng)關(guān)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并發(fā)送數(shù)據(jù)到智能網(wǎng)關(guān)。先由一個(gè)硬件串口連接智能網(wǎng)關(guān)，設(shè)置各項(xiàng)串口參數(shù)，通過寫入函數(shù)傳送到軟件內(nèi)的接收函數(shù)，解析處理數(shù)據(jù)。其串口接收程序如圖 2所示。

3 顯示程序設(shè)計(jì)

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(shí)監(jiān)控所收到的信息是否達(dá)到報(bào)警數(shù)據(jù)， 并判斷是否發(fā)出警報(bào)。網(wǎng)關(guān)接收串口發(fā)送來的數(shù)據(jù)，并通過公式節(jié)點(diǎn)判斷后將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)串口和字符串轉(zhuǎn)換器拆解出溫度、濕度等數(shù)據(jù)。用十進(jìn)制的方式顯示在儀表盤上，同時(shí)也加入一個(gè)比較函數(shù)，設(shè)定一個(gè)最高溫度、濕度等，判斷各項(xiàng)數(shù)值是否達(dá)到報(bào)警值，并將數(shù)值存入一個(gè)數(shù)組中。其顯示程序設(shè)計(jì)如圖 3 所示。

4 控制程序設(shè)計(jì)

 4.1 自動(dòng)控制程序 

自動(dòng)控制程序先設(shè)置各項(xiàng)閾值，再根據(jù)串口接收到的智 能網(wǎng)關(guān)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)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(fā)送相應(yīng)的控制指令，進(jìn)行各項(xiàng)控制調(diào)節(jié)。 自動(dòng)控制程序如圖 4（a）所示。 

4.2 手動(dòng)控制程序 

手動(dòng)控制程序根據(jù)顯示程序所顯示的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行自我 判斷，若數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，則進(jìn)行調(diào)整，由串口發(fā)送數(shù)據(jù)到智能 網(wǎng)關(guān)，進(jìn)行開關(guān)的開和關(guān)，使各項(xiàng)數(shù)據(jù)能穩(wěn)定于正常范圍內(nèi)。 手動(dòng)控制程序通過手動(dòng)按下按鍵發(fā)送相應(yīng)的數(shù)值到下位機(jī)， 以控制硬件設(shè)備。手動(dòng)程序結(jié)構(gòu)如圖 4（b）所示。

5 操作界面設(shè)計(jì)

利用 G 語言在 LabVIEW 軟件中寫出智能網(wǎng)關(guān)控制水泵、 風(fēng)扇、補(bǔ)光燈、加熱等設(shè)備的程序，并對界面進(jìn)行適當(dāng)美化。 LabVIEW 自帶很多界面美化工具，通過更改按鈕圖標(biāo)，選擇 合適的 png 圖片替換便可修改系統(tǒng)自帶的按鈕。整體界面如 圖 5 所示。

6 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)操作平臺將灌溉、通風(fēng)、補(bǔ)光、加熱的自動(dòng)控制呈現(xiàn)在一個(gè)終端上，用戶足不出戶即可通過該操作平臺遠(yuǎn)程管理農(nóng)田，很大程度上減少了勞動(dòng)量，節(jié)約了物力人力。在設(shè)計(jì)中，上位機(jī)還存在諸多不足，需要在今后的工作中不斷完善。