鄧甜甜，王晴晴，陳 進(jìn)，黃菊香，商體佳，何光梅

（貴州師范學(xué)院 數(shù)學(xué)與大數(shù)據(jù)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550018）

0 引 言

現(xiàn)今智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中也具有較大的應(yīng)用前景。目前，在貧困偏遠(yuǎn)山區(qū)，對(duì)農(nóng)業(yè)大棚的監(jiān)測(cè)成本仍較高，同時(shí)還存在無(wú)法利用SIM通信卡上傳監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的問(wèn)題。而LoRa作為新興起的低功耗無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)通信技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)超低電流消耗；其利用擴(kuò)頻調(diào)制和降低通信調(diào)制頻率提供長(zhǎng)距離傳輸，可以與具有兼容特性的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)一起應(yīng)用于低功耗、長(zhǎng)距離和小數(shù)據(jù)量的設(shè)備。

為了解決偏遠(yuǎn)山區(qū)農(nóng)業(yè)大棚的溫濕度數(shù)據(jù)采集、成本、功耗等方面的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的農(nóng)業(yè)大棚數(shù)據(jù)采集以及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)以及服務(wù)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，由DHT11溫濕度采集模塊、OLED顯示模塊、TP4056充電電路和LoRa擴(kuò)頻傳輸模塊組成節(jié)點(diǎn)；由OLED顯示模塊、TP4056充電電路、ESP-01WiFi模塊和LoRa擴(kuò)頻傳輸模塊組成網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)。通過(guò)LoRa傳輸模塊，STM32轉(zhuǎn)發(fā)DHT11采集的數(shù)據(jù)，利用串口發(fā)送到目標(biāo)地址上的另一個(gè)LoRa傳輸模塊。最后網(wǎng)關(guān)將LoRa傳輸模塊接收的數(shù)據(jù)通過(guò)串口轉(zhuǎn)至OLED上顯示，并通過(guò)帶有AT指令固件的ESP-8266WiFi模塊將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫(kù)中。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 LoRa無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 ESP-8266WiFi模塊

ESP-8266 WiFi模塊可支持高性能無(wú)線(xiàn)SOC，同時(shí)能以最低的成本提供最大的實(shí)用性能；為將WiFi功能成功嵌入到其他系統(tǒng)提供無(wú)限的可能，也支持三種模式：AP、STA以及AP和STA共存模式。其指令見(jiàn)表1所列。

表1 WiFi模塊的指令

2.2 LoRa擴(kuò)頻傳輸電路

LoRa有定點(diǎn)發(fā)射和廣播發(fā)射兩種傳輸方式。當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)上傳至某一指定地址及信道上的網(wǎng)關(guān)時(shí)一般采用定點(diǎn)發(fā)射，而當(dāng)網(wǎng)關(guān)向同一信道上的節(jié)點(diǎn)下發(fā)指令時(shí)一般采用廣播發(fā)射。LoRa還具有抗干擾、傳輸距離更遠(yuǎn)以及保障通信穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。

2.3 TP4056充電電路

本設(shè)計(jì)使用TP4056作為充電電路的芯片。TP4056是一款外部元件數(shù)量少且適用于鋰離子電池的便攜式充電器。當(dāng)鋰電池電壓到達(dá)臨界值（2.55 V/4.2 V）時(shí)，模塊將自動(dòng)從負(fù)載斷開(kāi)電池，防止電池過(guò)度放電或過(guò)度充電。其電路如圖2所示。

圖2 TP4056充電電路

3 軟件設(shè)計(jì)

本文的設(shè)計(jì)中使用并發(fā)服務(wù)器和Socket通信。服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)加入的連接，并調(diào)用fork()將自身拆分為父進(jìn)程和子進(jìn)程。子進(jìn)程處理連接并將接收的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，父進(jìn)程則返回監(jiān)聽(tīng)是否有新的連接加入其中。具體工作流程如圖3所示。

圖3 服務(wù)器工作流程

4 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的農(nóng)業(yè)大棚數(shù)據(jù)采集以及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)以及服務(wù)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。利用智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，解決了偏遠(yuǎn)貧困地區(qū)大棚的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和傳輸不便、造價(jià)成本高昂的問(wèn)題。