多节点分布式智慧农业大棚监控系统设计论文

SCI论文

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戴要：原课题操做物联网、云计较、挪动互联等多种信息技术的交叉融合，基于物联网分层构造，以嵌入式芯片STM32F103C8T6为焦点控制，软硬件结折开发，设想了一种多节点分布式的聪慧农业大棚监控系统。系统感知档次要给取温湿度传感器、光敏传感器和二氧化碳传感器等模块支罗农业大棚的环境数据；网络层陈列无线通信模块、挪动通信模块、原地效逸器和云效逸器等，组建了分布式节点网络，精准获与数据；通过EMQTT效逸器和Node-RED搭建私有云平台构建了使用层，通过主控节点将数据打包上传到云端停行监控，用户可通过PC端或手机端完成对物联网方法的远程控制及做物环境的远程视频监控。此外，系统将支罗的数据取预设的值比较，可主动完成下止方法的控制，同时向打点员发送GSM短信报警。颠终实验，该设想乐成地获与了农业大棚种植环境数据并能不乱的控制方法，可真现农业大棚环境信息的主动监测、智能控制和科学打点。

要害词：物联网；多节点；云平台；监控；聪慧农业

Multi-node Distributed Design of Intelligent Agricultural Greenhouse Monitoring System

LI Guoxin1,CHAI Xilin2

(1.Zhixing College of Northwest Normal University,Lanzhou Gansu 730070；2.Lanzhou Petrochemical University of Vocational Technology,Lanzhou Gansu 730060)

【Abstract】：Using the cross-integration of various information technologies such as the Internet of Things,cloud computing,and mobile Internet,this project is based on the IoT hierarchical structure.The embedded chip STM32F103C8T6 is used as the core control,and software and hardware jointly developed,designed a multi-node distributed intelligent agricultural greenhouse monitoring system.The system perception layer mainly uses modules such as temperature and humidity sensors,photosensitive sensors and carbon dioxide sensors to collect environmental data of agricultural greenhouses;The network layer deploys wireless communication modules,mobile communication modules,local servers and cloud servers to form a distributed node network to accurately obtain data.The application layer builds a private cloud platform through EMQTT server and Node-RED,packages and uploads data to the cloud through the master control node for monitoring,and users can complete the remote control of IoT devices and remote video monitoring of crop environments through PC or mobile phones.In addition,the system compares the collected data with the preset value,which can automatically complete the control of the downstream device and send a GSM SMS alarm to the administrator.Experiments have proved that the design successfully obtains the planting environment data of agricultural greenhouses,and can stabilize the control equipment,which can realize the automatic monitoring,intelligent control and scientific management of agricultural greenhouse environmental information.

【Key words】：Internet of Things;multi-node;cloud platform;monitoring;intelligent agricultural

0弁言

跟着我国经济建立的不停展开，以及政府对农业的高度器重，农业物联网时代曾经降临。聪慧农业通过操做互联网、物联网等先进技术，拓宽了农业的展开，提升了农业的折做力[1,2]。“十四五”期间，聪慧农业将成为现代化农业进程中重要构成局部，是农业现代化展开的必然趋势。党和国家高度器重“聪慧农业”展开，中共地方、国务院、乡村农业部、科技部、教育部等多项政策文件中均提出要展开聪慧农业及相关技术。那讲明“聪慧农业”的钻研取推广折乎我国现代农业展开的严峻需求，是国家重要撑持标的目的。
 

1系统总体架构设想

多节点分布式聪慧农业大棚监控系统的总体构造给取网状构造，如图1所示，将物联网分层构造中感知层、网络层、使用层等严密联络正在一起[3,4]。系统物联网分层构造如图2所示[5,6]。系统感知档次要给取湿度传感器、温度传感器、光敏传感器和二氧化碳传感器等模块来支罗农业园区的环境数据。网络档次要有ESP8266 WiFi无线通信模块、GSM通信模块、原地效逸器和云效逸器构成，其次要的罪能是通过WiFi模块取MCU停行通信，而后把支罗到的数据封拆打包通过串口通信传输到效逸器端，上传的数据包颠终效逸器数据核心的处了解包完成对物联网方法的控制及环境的监测。若检测到的环境数据异样时，GSM模块立刻发送信息到指定的联络人。通过EMQTT效逸器和Node-RED搭建私有云平台完成使用层的构建，用户可以通过PC端登录数据办理核心的Web效逸器停行GUI网页交互，也能够通过微信小步调完成对物联网方法的收配及做物环境的查察。
 

2系统硬件设想

2.1支罗末端节点的设想

目前微型计较机的市场很是恢弘，但是ST公司消费的STM32F103C8T6芯片罪耗低、外设接口富厚、通信才华强，给取RISC架构，其性价比尤为突出，正在嵌入式规模止业中被宽泛使用。该芯片具有37个IO口，12路ADC通道，精度可达12bit，8个通信串口，主频最高可达72MHz。为了设想和开发便捷，并正在显现掉电、系统毛病状况下担保数据不掉失以及环境果素。综折考质，支罗节点末实个总体设想框架如图3所示。

2.2主控节点的设想

主控局部使用了STM32F103ZET6为主控制器，其具有很是富厚的外设。SPI接口驱动LCD液晶显示，通过人机交互真现对方法的控制和做物发展环境曲不雅观的查察。由支罗节点上传的数据颠终主控制器的协办理再通过Wi-Fi取效逸器互相通信，上传到效逸器。避免了效逸器宕机，从而防行了数据的损失。

2.3安宁系统的设想

思考到系统安宁能否获得保障，果此正在系统总体设想的历程中引入了安宁系统，由GSM模块、AS608指纹识别模块和人脸识别技术怪异形成。农业园区的打点人员可以提早组织工做人员录入指纹信息，录入的指纹信息保存到数据库，正在入口处设有门禁，进入园区时须要刷指纹并取数据库中的指纹信息对照，验证一致前方可进入。同时也便捷了考勤工做。并且正在验证指纹历程中赶过3次失败时，系统默许为非自己收配，GSM模块实时的向安宁系统打点人员发送短信通知，以便打点人员实时的处置惩罚惩罚问题。

2.4原地效逸器的设想

运用树莓派搭建局域网效逸器，陈列取云效逸器雷同的配置。纵然公网显现舛错时，由于搭建了局域网效逸器，支罗到的数据也可以上传到原地效逸器，网络规复后主动将那局部数据上传到云效逸器。那样既担保了数据的有效、准确性和完好性，又进步了系统的牢靠性。同时，正在树莓派中嵌入了视频流效逸器，运用FRP内网穿透技术，辅佐安宁系统，进一步保障了园区的安宁。

2.5节能电源系统的设想

正在电源系统设想中，给取12V锂电池、光伏发电板和稳压模块构成。光伏发电板将孕育发作的电能颠终稳压模块的稳压输送到锂电池停行储电。储存的电能可独立为整个系统供给动力2 h。锂电池蓄满电之后光伏发电孕育发作的电能主动分担一局部系统的能耗。整个系统丰裕操做了高文做的绿色能源，节能又环保。

3系统软件设想

3.1硬件取网页交互的真现

硬件取网页交互的真现基于Linux收配系统环境下完成。通过Xshell工具会见云效逸器，正在云效逸器陈列EMQTT效逸器和Node-RED，完成私有云平台的搭建。Node-RED是由IBM Emerging Technologies团队钻研开发的一款可拖拽的图形化数据流编程软件[7]。可通过供给的办理节点以MQTT为通信和谈编写效逸步调。打点员可正在地址栏输入URL会见Web效逸器，输入准确的账号和暗码，真时查察农业园区的数据，下发号令远程控制方法。Node-RED流编程如图4所示，私有云Web如图5所示，手机端小步调节点控制如图6所示。

3.2单片机软件设想效逸平台

单片机完成串口、LCD等初始化后，ESP8266 Wi-Fi模块通过AT指令集连贯网络，接入私有云平台，将支罗节点上传的数据打包上传到云平台[8]，并将获得的数据停行判断，完成对方法的控制、农业做业的真现，同时正在LCD显示屏上同步显示数值。系统软件工做的流程如图7所示。

4结论

原设想提出并真现了一种基于物联网的多节点分布式聪慧农业大棚监控系统，通过大质传感器节点高量质陈列真现无线传感器网络的组建，可依据大棚农业种植面积随时扩展网络笼罩领域，处置惩罚惩罚了果种植面积扩充而组成布线难等问题。原系统基于物联网的三层架构，可扩展性和可移植性愈加劣秀。使用层Web效逸器存储和打点农业环境参数，真现远程视频真时监测，并撑持用户查问和下载数据，系统连贯到Internet以共享信息。该系统投入使用后可进步农业信息化程度，真现农业资源的折法操做，进步农业消费效率和打点水平。

参考文献

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