基于On e NET平台的物联网农业监测系统设计

2021-01-12刘竹林

农业技术与装备 2020年12期

胡智，刘竹林，王慧

（湖北工业职业技术学院智能工程学院，湖北十堰 442000）

对农作物生产环境进行全面监测，实现农业生产过程的精准智能管理，是现代农业发展的主要方向之一[1]。目前，对农作物生长环境监测系统的实现技术差异较大[2-3]，虽然满足了农作物生长环境监测系统的部分要求，但同时也面临着供电方案复杂、成本较高，维护难度大等问题。针对上述存在的问题，本文基于中国移动OneNET物联网平台，利用GPRS网络和太阳能电池，设计了一种物联网农业监测系统。

1 系统设计方案

农业监测系统功能是采集各种传感器的数据信息，获取的数据物联网平台从结构上可以分为感知层、网路层、应用层[4]。本设计参照物联网体系结构，将硬件设计为主控模块、传感器模块、供电模块、网络模块、OneNET平台，其系统结构如图1所示。

UNO单片机作为整个系统核心，其硬件连接方式为：①UNO单片机模拟引脚A0和A1分别接土壤湿度、雨水传感器，A4和A5与光照传感器连接，采用I2C通信协议；②4UNO单片机数字引脚D2和D3通过程序定义为软串口，与SIM800L模块通信，D4和D5分别接空气温湿度传感器、土壤温度传感器；③太阳能电池板通过TP4056模块向18650电池充电，向各个模块提供电压。

由于篇幅有限，本文不再赘述传感器原理。本系统数据传输方式采用GPRS网络，选用SIM800L模块，由于该模块在接入网络时电流可达500 mA，故在系统设计时采用单独供电、间断性联网的方式提高稳定性，降低功耗。

2 系统软件设计

本系统4个方面实现监测功能：数据采集、网络控制、通信传输和展示管理。

2.1 SIM800L软件设计

SIM800L模块相当于UNO单片机和OneNET平台之间的通信媒介，使用SIM800L模块上的RX、TX引脚与UNO单片机RX、TX引脚连接，建立串口通信。为便于系统调试，一般UNO单片机的硬串口用于与PC通信，输出调试信息，故系统设计中，通过调用软串口库，UNO单片机定义D2、D3两个引脚，用软串口向SIM800L发送一系列AT指令，从而实现建立TCP连接，其网络连接流程如图2所示。

2.2 数据上传至OneNET平台

SIM800L与OneNET平台连接成功后自动进入透传模式，此时UNO单片机向SIM800L发送的数据都会被透明传输至OneNET平台，本系统中UNO单片机将采集的数据数据通过EDP协议与平台进行传输。EDP（Enhanced Device Protocol）即增强设备协议，是OneNET平台根据物联网特点专门定制的完全公开的基于TCP的协议，被广泛应用到家居、物流、能源以及其他行业应用中[5]。其数据发送流程图如图3所示。

UNO单片机通过packetDataSaveTrans函数构造一个EDP协议包，将传感器采集的数据与数据流名称对应放入EDP协议包，平台通过解析数据流名称即可得到传感器数据，本系统中自定义的数据流关系如表1所示。

表1 数据流关系表Tab.1 The table of data flow relationship

2.3 平台界面设计

在OneNET平台应用管理界面，通过网页提供的可视化工具，将仪表盘和折线图拖至相应位置，然后在控件属性中选择此次注册的设备名称和表1所示的数据流名称，依次绑定数据与控件，最终完成平台界面设计。

3 试验及结果

系统试验主要包括：传感器采集测试、SIM800L网络测试、数据展示页面测试。将移动电话卡装入SIM800L模块后通电，模块绿灯慢闪代表接入网络正常，PC端通过串口调试助手观察系统接入平台步骤和传感器数值，登录OneNET应用管理，看到设备在线标识，登录手机app可以实时观察查到各项传感器数值以及历史折线图，如图4所示。