虞斌斌 楊亞偉 宿州學(xué)院信息工程學(xué)院

關(guān)鍵字：WiFi傳感器 立體無(wú)土化 遠(yuǎn)程控制

1 項(xiàng)目研究的背景

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速進(jìn)步、WiFi技術(shù)的成熟和新型農(nóng)業(yè)無(wú)土化栽培技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的新平臺(tái)為智能化遠(yuǎn)程控制提供了新方向。設(shè)計(jì)在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的信管服務(wù)模式，可降低用戶對(duì)信息獲取的成本與服務(wù)階檻，實(shí)現(xiàn)各行業(yè)高效性與智慧性管理。未來(lái)將會(huì)有更多的行業(yè)使用人工智能調(diào)用機(jī)器和傳感器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。電子信息技術(shù)的提高，計(jì)算機(jī)、手機(jī)、平板電腦等電子設(shè)備成為大眾化的互聯(lián)網(wǎng)終端，更何況我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，怎么提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量是如今一直研究的方向。本項(xiàng)目就基于WiFi的立體無(wú)土化栽培智能控制系統(tǒng)展開了深度研究。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)大量的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的數(shù)據(jù)傳遞網(wǎng)絡(luò)，本系統(tǒng)大體是由WiFi傳感器節(jié)點(diǎn)模塊、用于接收數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)、電子終端設(shè)備組成，通過(guò)大面積地部署WiFi傳感器節(jié)點(diǎn)經(jīng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與各傳感器節(jié)點(diǎn)接通，通過(guò)WiFi網(wǎng)絡(luò)將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)接脩舨⑾轮噶畹教幚頇C(jī)。遠(yuǎn)程控制總體設(shè)計(jì)圖如下：

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖

2.1 硬件設(shè)計(jì)

2.1.1 WiFi傳感器節(jié)點(diǎn)

WiFi傳感器節(jié)點(diǎn)是一種無(wú)線微型嵌入式設(shè)備，低功耗、高性能，內(nèi)置傳感器模塊、處理器模塊、無(wú)線通信模塊和能量供應(yīng)模塊（如圖2）。WiFi模式更適合本項(xiàng)目，傳輸距離和傳輸速率相比其他網(wǎng)絡(luò)具有特別大的優(yōu)勢(shì)。WiFi傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換由其它節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸，最后路由匯聚到達(dá)中控室管理節(jié)點(diǎn)，用戶通過(guò)管理節(jié)點(diǎn)對(duì)控制處理節(jié)點(diǎn)進(jìn)行操作。

圖2 WiFi無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成圖

2.1.2 STM32 嵌入式系統(tǒng)

STM32單片機(jī)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)小芯片，同時(shí)也是一個(gè)微控制器，比傳統(tǒng)的51單片機(jī)有更多的功能、性能和接口，STM32單片機(jī)包含ARM32位CPU、存儲(chǔ)器、時(shí)鐘電路、A/D轉(zhuǎn)換元件，可集成的外設(shè)很多，并且有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性能。

2.1.3 GS1010 芯片無(wú)線通信模塊

GS1010芯片是一種高集成，低功耗的WiFi無(wú)線微型系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)802.11協(xié)議線，傳輸速率高，通過(guò)SPI口連接主控制器和網(wǎng)絡(luò)。在Arduino開發(fā)環(huán)境下，連接無(wú)線傳感器到Arduino主板上，編寫可控代碼，實(shí)現(xiàn)通信。

2.1.4 電磁閥和繼電器

電磁閥內(nèi)含電磁線圈及磁芯，線圈被通電，磁芯運(yùn)行。當(dāng)溫濕度升高時(shí)，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到數(shù)據(jù)傳給管理節(jié)點(diǎn)，和人為設(shè)定的數(shù)據(jù)值匹配，當(dāng)匹配不成功時(shí)，管理節(jié)點(diǎn)通過(guò)WiFi控制節(jié)點(diǎn)對(duì)電磁閥作出指令，給其通電，使其工作，控制噴頭噴灑，降低大棚內(nèi)溫濕度。同理，繼電器也是一種控制通斷的開關(guān)，當(dāng)光源過(guò)暗時(shí)，通過(guò)上述步驟，控制補(bǔ)光燈自行補(bǔ)光。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)將采用WiFi模塊配置為UDP客戶端方式來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，UDP方式相對(duì)于TCP方式傳輸快、更安全、程序結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單。基本步驟：

1.初始化讀取用戶指令參數(shù)IP，判斷IP地址是否合格；2.建立UDP socket；3.建立和服務(wù)程序的連接。與TCP協(xié)議不同，UDP少了三次握手功能。UDP連接，可直接返回錯(cuò)誤信息到程序，避免因沒(méi)有收到數(shù)據(jù)而一直等待狀態(tài)；4.向服務(wù)程序發(fā)送讀取到的用戶輸入數(shù)據(jù)；5.接收服務(wù)程序返回的數(shù)據(jù)；6.處理接收數(shù)據(jù)，輸出到標(biāo)準(zhǔn)輸出上。代碼設(shè)計(jì)過(guò)程如下圖：

圖3 代碼框圖

在手機(jī)、平板等操作系統(tǒng)終端設(shè)備中，開發(fā)一款適用于項(xiàng)目的APP通過(guò)建立協(xié)議與PC機(jī)匹配數(shù)據(jù)，用戶可以隨時(shí)隨地通過(guò)終端查看蔬果棚環(huán)境信息，并設(shè)定消息推送功能，當(dāng)某環(huán)境值與設(shè)定值不匹配時(shí)，向用戶預(yù)警，用戶即可進(jìn)行便攜式可視化智能遠(yuǎn)控。

2.3 系統(tǒng)測(cè)試

通過(guò)放入一些冰塊使蔬果棚內(nèi)溫度適當(dāng)降低，溫度傳感器將檢測(cè)到溫度數(shù)據(jù)傳送給A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)WiFi網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳送到中控室管理節(jié)點(diǎn)匹配數(shù)據(jù)，匹配不成功，控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理提高光照強(qiáng)度，溫度得到回升。與此同時(shí)，也可以通過(guò)手機(jī)等設(shè)備事先觀察棚內(nèi)狀況進(jìn)行人性化處理。

3 WiFi智能遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

1.對(duì)無(wú)土栽培蔬果的各類實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、監(jiān)測(cè)和控制；2.通過(guò)WiFi協(xié)議進(jìn)行無(wú)土化栽培室、中控室和手機(jī)終端兩兩互聯(lián)；3.對(duì)所有的設(shè)備單元器件進(jìn)行智能遠(yuǎn)控；4.通過(guò)太陽(yáng)能供電，節(jié)省能源；5.通過(guò)APP的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)WiFi連接手機(jī)終端的立體無(wú)土化栽培智能控制應(yīng)用。

4 結(jié)論

盡管藍(lán)牙、Zigbee等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用廣泛，但是存在傳輸數(shù)據(jù)信息距離短，速率低，少量地方安裝網(wǎng)絡(luò)困難的缺點(diǎn)。然而 WiFi技術(shù)在眾多短距離的無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)對(duì)比下脫穎而出，WiFi網(wǎng)絡(luò)傳輸速率快，無(wú)需布線，裝網(wǎng)方便，適用于封閉的環(huán)境。該研究設(shè)計(jì)具備很好的擴(kuò)展性，如測(cè)量了已知測(cè)量的因素外的蔬果類生長(zhǎng)的因素，還能附加攝像頭，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖象、視頻信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和上傳。