基于嵌入式的智慧農(nóng)業(yè)園區(qū)系統(tǒng).pdf

2021年 3期 智慧農(nóng)業(yè) 園區(qū)與系統(tǒng) 智慧農(nóng)業(yè)導(dǎo)刊 JournalofSmartAgriculture 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(zhǎng) 人們對(duì)智慧農(nóng)業(yè)園區(qū)有越來(lái) 越高質(zhì)量的需求 建立一個(gè)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(gè)熱點(diǎn)話題 目前越來(lái)越 多的智慧農(nóng)業(yè)園區(qū)產(chǎn)品出現(xiàn)在市場(chǎng)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(wú)線 網(wǎng) 絡(luò)技術(shù) 的成 熟 網(wǎng) 絡(luò)覆蓋范圍 的 無(wú)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(wú)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(shù)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(guò)無(wú)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(jì) 總體設(shè)計(jì)包含硬件設(shè)備 本地 服務(wù) 器 云服務(wù) 器 數(shù) 據(jù) 庫(kù) 小程序 客戶端 總體 框圖如圖 1所示 2系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng) 主要 程序 為 Python語(yǔ)言 和 node js以 及 少 量的 lua語(yǔ)言 包含 網(wǎng) 絡(luò) 編 程 開(kāi)發(fā) 硬件 開(kāi)發(fā) 小程序 客戶端 開(kāi)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(gè) 部分 的 程序 框圖 2 1 服務(wù)器響應(yīng)設(shè)計(jì) 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(bào) 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(yǔ)音命令 處理 后下發(fā)給下位 機(jī) 并 上 報(bào)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(gè) 線程 分別 實(shí)現(xiàn) 下發(fā)命令 上 報(bào) 數(shù)據(jù) 語(yǔ)音 控 制 下發(fā)命令使 用 Socket套 接字 通 訊 上 報(bào) 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(yǔ)音 控制 則使 用 百 度提供 的 語(yǔ)音識(shí)別 STT 和 語(yǔ)音合 成 TTS 的 RESTAPI調(diào) 用 修改 數(shù)據(jù) 庫(kù)命 令 實(shí)現(xiàn) 語(yǔ)音 控制 程序 流 程 圖如圖 2所示 2 2 下位機(jī)程序流程圖 因 安 裝位置限 制 本 文采用 兩 個(gè)基于 NodeMCU的 下位 機(jī) 一個(gè) 主要功 能為 獲取服務(wù)端命令 執(zhí)行開(kāi) 關(guān)電 燈 窗簾 門(mén) 等設(shè)備 的 操作 另 一個(gè) 主要功 能為上 報(bào) 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(cè) 防 盜 信息 如圖 3 3 硬件電路設(shè)計(jì) 下位 機(jī)硬件電 路 設(shè)計(jì) 采用 安 信 可公司 的基于 ESP8266的 NodeMCU測(cè) 試板 為 主 控 裝置 添加 外 圍硬 摘 要 智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)是當(dāng)前農(nóng)業(yè)最熱門(mén)的定制系統(tǒng) 其有著市場(chǎng)需求量大 定制性高 應(yīng)用場(chǎng)景豐富等特點(diǎn) 使得無(wú)數(shù)商 家在該領(lǐng)域的研發(fā)與投資逐年增加 文章 設(shè)計(jì)了一套定制的基于嵌入式的智慧農(nóng)業(yè)園區(qū)系統(tǒng) 采用小程序?yàn)榭刂贫?實(shí)現(xiàn)園區(qū) 生活聯(lián)網(wǎng)與監(jiān)控 關(guān)鍵詞 智慧農(nóng)業(yè)園區(qū) 物聯(lián)網(wǎng) 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò) 微信小程序 語(yǔ) 音 控制 視頻 監(jiān)控 中圖分類(lèi)號(hào) TP311 13 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 文章編號(hào) 2096 9902 2021 03 0022 03 Abstract Smartagriculturalsystemisthemostpopularcustomizedsysteminagricultureatpresent whichhasthe characteristicsoflargemarketdemand highcustomizationandrichapplicationscenarios therebymakescountlessmerchants increasetheirresearch developmentandinvestmentinthisfieldyearbyyear Thispaperdesignsasetofcustomizedsmart agriculturalparksystembasedonembeddedsystem whichusesMiniProgramsasthecontrolterminaltorealizethelife networkingandmonitoringofthepark Keywords smartagriculturalpark InternetofThings wirelesssensornetwork WeChatMiniPrograms voicecontrol video surveillance 作者簡(jiǎn)介 明立娟 1981 女 工 程 碩士 研 究 生 智 能 制 造學(xué)院講師 研 究方向 電類(lèi)課 程的 理論及 實(shí) 驗(yàn)教學(xué) 22 2021年 3期 智慧農(nóng)業(yè)導(dǎo)刊 JournalofSmartAgriculture 智慧農(nóng)業(yè) 園區(qū)與系統(tǒng) 件 實(shí)現(xiàn) 無(wú)線 對(duì) 接 及遠(yuǎn)程 遙 控 門(mén) 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(guò)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(dòng)齒輪帶動(dòng)鏈條 實(shí)現(xiàn) 窗簾 伸縮 電機(jī) 驅(qū)動(dòng) 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 圖 1系統(tǒng)設(shè)計(jì) 總體框圖 圖 2 服務(wù)器流 程 圖 23 2021年 3期 智慧農(nóng)業(yè) 園區(qū)與系統(tǒng) 智慧農(nóng)業(yè)導(dǎo)刊 JournalofSmartAgriculture 口 AIN1和 AIN2接 NodeMCU的 D5和 D6口 AO1和 AO2接 電機(jī) 的 兩 個(gè) 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(cè) 距原 理 分別 安 裝 在 大 門(mén) 和 窗戶 一 側(cè) 當(dāng) 測(cè) 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 為高 電 平 從而 在 程序 讀 取后發(fā) 送 給 本地 服務(wù) 器 報(bào) 警 并觸發(fā) 蜂鳴 器 警 示 闖 入 者 具 體電 路 設(shè)計(jì) 如圖 4 4結(jié)束語(yǔ) 本 文設(shè)計(jì)了 一 種 基于 無(wú)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(tái) 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(dòng) 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) 可 通過(guò)小程序 查看 及控制 現(xiàn)場(chǎng) 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 完成對(duì)園區(qū) 生活 的實(shí) 時(shí)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 參考文獻(xiàn) 1 印度 魯什 賈 加 樹(shù)莓派 傳感 器 M 北京 機(jī)械工 業(yè) 出版社 2016 2 美 埃里克 馬瑟斯 Python編 程 從 入門(mén) 到 實(shí) 踐 M 北京 人民郵電 出版社 2016 3 美 麥克 坎 特 倫 Node js實(shí) 戰(zhàn) M 北京 人民郵電出版社 2014 4 雷磊 微信小程序 開(kāi) 發(fā)入門(mén)與實(shí) 戰(zhàn) M 北京 清華 大 學(xué)出版社 2017 圖 3下位機(jī) 程序 流 程 圖 圖 4下位機(jī)硬件電路圖 24