作者:廖逵晟[color=rgba(0, 0, 0, 0.3)]
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1.1 背景 农业环境与农作物的生长状况是相互影响的,所以对农业环境进行实时监控,及时调整有关环境参数,能够有力促进农作物增产增收。农业环境监控系统采用各种智能化和高效率的现代信息技术,来采集、传输、存储、查询并分析农业的环境信息,为农业生产提供科学指导。水稻是我国主要粮食作物之一,其种植面积和产量都位居世界第一,在中国粮食结构中处于举足轻重的地位。稻田环境信息的及时准确采集,对提高其产量和效益都起着至关重要的作用。为实现稻田环境信息监测,本作品以龙芯 2K1000 为核心,设计实现了基于 RT-Thread 的稻田环境信息监测系统。
1.2 软硬件方案 本作品由终端节点、协调器节点、2K1000 通讯网关、云服务器以及上位机五部分组成。终端节点以 CC2530 为核心通过传感器采集稻田温湿度与光照强度数据信息并通过 ZigBee协议传输数据至协调器,协调器接收到数据后通过串口把数据转发给 2K1000 通讯网关,2K1000 通讯网关完成数据汇总,解析,打包,并通过 GPRS 上传数据至云服务器,上位机部分接收云端返回数据并进行本地显示。系统整体结构图如图 1 所示。
1.2.1 硬件方案 本作品以终端节点为基础采集稻田环境信息并通过 ZigBee 协议传输至 ZigBee 协调器,协调器通过串口把数据转发给 2K1000 通讯网关,2K1000 通讯网关实现数据汇总,解析,打包,并通过 GPRS 上传数据至云服务器,上位机部分接收云端返回数据并进行本地显示,最终实现稻田环境信息监测。
1.2.2 软件方案 本作品以 RT-Thread 物联网操作系统为基础,以龙芯 2K1000 为核心,实现终端节点采集信息数据汇总,解析,打包,并通过 GPRS 上传数据至云服务器,最后与上位机显示数据信息,实现稻田环境信息无线远程监测。
1.3 实现功能 1) 终端节点通过 SHT20 和 MAX44009 分别采集稻田温湿度和光照强度数据,并通过ZigBee 网络上传数据。 2) 设计了基于龙芯 2K1000 处理器设计通讯控制器(网关)。 3) 基于 RT-Thread 实时操作系统,完成田间测量数据汇总,解析,打包,并通过 GPRS上传数据至云服务器 4) 设计上位机界面实现监测数据可查可看。
02RT-Thread 使用情况概述
本作品采用 RT-Thread 物联网操作系统进行管理和调度,控制系统完成设计功能。
(1)内核部分 本作品使用了龙芯 2K1000 的串口驱动以及 GPIO 驱动。
03硬件框架
本作品以龙芯 2k Lite 开发板教育派为核心,通过杜邦线外接 ZigBee 协调器和 GPRS 通信模块,实现硬件功能。系统硬件结构图如图 2 所示。
作品核心板为龙芯 2k lite 开发板教育派,其系统实物如图 3 所示。
04软件框架说明
本作品由 3 大部分组成,各部分软件流程图如图 5、图 6 及图 7 所示。
05软件模块说明
(1)环境信息采集 本作品终端节点以 CC2530 为核心,通过 IIC 分别读取 SHT20 和 MAX44009 的温湿度数据和光照数据,读取完数据后,把以图 8 的数据格式打包并通过 ZigBee 发送给协调器节点。
(2)协调器数据接收与转发 本作品的协调器用于建立 ZigBee 网络、接收终端节点上传的数据信息以及转发数据。每次接收并校验数据通过后,协调器通过串口转发终端节点采集的数据信息至 2K1000 通讯网关。 (3)GPRS 通信 2K1000 通讯网关收集并打包完成 3 个节点的数据信息后,通过串口将数据发送给 GPRS模块上传至云服务器。 (4)数据上传指示灯 当有一包数据上传至云服务器后,外接灯珠闪烁 1 秒。
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