基于Arduino和VI的农用信息无线采集系统设计

作者:黄明文 来源:推广部 时间:2018-12-28 10:24

精准农业是当前世界农业发展的趋势和未来农业的发展方向。中国的国情越来越大,随着城市化进程的不断加快,耕地面积逐渐减少。因此,有必要在有限的土地上生产更多的粮食,以确保我国的粮食安全。这要求必须提高农田的单位生产效率。目前,中国正在大力倡导农业现代化,要求精耕细作,物联网的快速发展使实现精耕细作成为可能。在中国的“十二五”规划和863计划中,农业物联网已纳入现代农业技术战略。 2010年1月5日,在国家发展和改革委员会的委托下,精细农牧物联网发展战略规划纳入了由特别咨询和研究计划(14个特别项目之一)牵头。中国工程院,这是中国的农业互联网。发展指出了方向,给予政策支持,促进了农业物联网的快速发展。

实施精准农业的一个重要部分是收集农田信息数据。然而,目前对农田信息采集技术的研究远远落后于支持精准农业的其他技术要求,已成为阻碍精准农业发展的主要障碍之一。目前,许多专家学者提出了许多不同的农田信息收集方法。手段。在查阅文献后,大多数方法都基于ZigBee技术。例如,孙宇文等。提出了一种基于嵌入式ZigBee技术的农田信息服务系统,结合基于ARM9和DSP的嵌入式移动终端和WebGIS农田信息管理系统,获取各种农田信息。李冠峰等提出了一种基于ZigBee技术的信息监控系统。硬件平台基于ATmegal28和CC1101 RF芯片。软件平台使用nesC语言实现传感器节点和聚合节点的开发。郭佳等提出了一种基于ZigBee协议的农田环境监测网络系统,它由ARM + LINUX模块、ZigBee和PC信息管理系统组成。孟志军等提出了一种基于时间阈值的数字照片自动空间位置识别方法,基于空间位置的数字照片索引和热链接方法,实现了多源信息采集与管理在精准农业中的应用。该文件实现了基于手持计算机和GPS通信及数据分析功能的基本GIS功能,成功实现了嵌入式农田信息采集系统中基于GPS的空间位置数据和属性数据的采集和管理。张淑娟等人提出了一种基于PDA / GPS / GIS的野外信息采集方法。本文档介绍了数据转换和处理方法,以及如何将PDA、 GIS数据转换和共享到桌面GIS数据。虚拟仪器技术利用个人计算机的高速性能来处理收集的数据。、分析、存储和传输,并依靠灵活高效的虚拟面板实时显示测量结果,并以编程方式实现仪器的功能。与传统仪器相比,它具有很强的功能。、很灵活。、具有良好的可扩展性。、人机交换界面(UI)很好??。

为了加快中国精准农业信息技术的发展,根据中国农业的发展现状和特点,结合虚拟仪器和嵌入式技术,设计了基于Arduino控制板和VI的农田信息无线采集系统。研究和设计的主要内容包括农田信息收集和处理模块、无线传输模块、上位机显示,以及数据分析和决策模块。

系统将通过AVR微控制器收集农田信息(如土壤温度和湿度、空气温度和湿度、照度等),然后通过无线传输模块将农田信息传递给主机。在显示的显示界面上进行实时显示;将收到的数据生成到数据库中,便于以后的数据分析,为农田的生产和管理提供决策依据。该系统具有低成本、稳定性和高灵敏度。

1系统总体设计

该系统由Arduino、土壤温湿度传感器、空气温湿度传感器、照度转换模块和无线串口传输模块组成。其中,Arduino MCU是系统的控制中心,负责根据定制的通信格式将收集的数据传输到相应的帧格式并发送给主机。数据主要包括土壤环境的温度和湿度,、,空气环境的温度和湿度,以及照度。

2系统硬件设计

2.1 Arduino控制板

Arduino是一个开源硬件控制平台,近年来非常流行,并拥有自己的集成开发环境(IDE)。 IDE基于C语言,完全免费,免安装,可从官方网站下载,简单高效,易于使用。它的硬件包括原理图和印刷电路板(PCB),所有这些都是公开免费的,官方只保留其Arduino的商标所有权。许多厂商还开发了基于官方文档的各种Arduino外围功能电路,包括电机驱动器、无线通信、音乐播放和各种传感器(压力、温度、速度、倾斜角度等)。该系统中使用的Arduino单元是ArduinoUNOR3,它是Arduino USB接口系列的最新版本。核心处理器是ATmega328,带有14个数字输入/输出端口(6个通道可用作PWM输出)。、6模拟输入,支持I2C和SPI通信协议。 。

2.2照度模块单元

照度单元使用数字光强度检测模块GY-30。该模块采用ROHM原装BH1750FVI芯片,内置16bit AD转换器,照度范围0~65535lx,光谱特性接近视觉灵敏度,光源依赖性不大,直接数字输出省略复杂的计算和校准; 1 lux(lx)的高精度测量;具有SDA和SCL引脚,支持I2C通信协议。该模块在模块内部具有电平转换功能,可以直接连接到5V MCU IO端口,无需任何外部。

2.3空气温湿度数据采集模块

基于Arduino和VI的农用信息无线采集系统设计

空气温湿度数据采集模块采用DHT21,输出温湿度包括校准后的数字信号,专用数字模块采集技术的应用,内部电容传感元件和NTC温度测量元件具有高可靠性和稳定性;具有小尺寸、,低功耗、传输距离远、性价比高,抗干扰能力强;可以直接连接到微控制器的IO端口,可以连接到系统而无需额外布线,使用起来非常方便。

2.4土壤温度和湿度数据收集

土壤湿度数据采集模块使用FC-28模块。该模块的比较器使用稳定的LM393芯片进行土壤湿度检测;电位器用于调节土壤水分控制的阈值,以在很大范围内控制土壤水分。当湿度高于设定值时,输出低;当它低于设定值时,输出为高。土壤温度数据采集模块采用DS18B20模块,防水、防潮、防锈优质不锈钢管密封。该传感器的可调分辨率为9至12位,温度范围为-55至+ 125°C,足以收集土壤温度。

2.5无线串口数据收发模块

采用APC220作为无线串口数据收发模块,采用高性能基带晶体振荡器,满足工业环境要求;具有256Byte缓冲区,一次可以传输256Byte数据;在ISM公共频段工作,无需申请频率许可使用RF-Magic设置软件可以设置RF输出功率(0~25dBm)。串口速率可设置为1.2~38.4kbps,多种速度,、,产品ID,、工作频率等。设置界面如图5所示。该模块提供两种接口选项:TTL / RS232,其中方便用户使用。3系统软件设计

3.1低级软件设计

底层软件设计使用官方提供的免费IDE。开发环境基于C语言开发,易于使用,并且易于使用,因为大多数参数设置已经功能化,您只需要有一个简单的C语言概念就可以非常快速地使用。

下位机程序主要包括主循环、空气和土壤温湿度转换子程序、照度转换子程序、数据处理子程序和串口传输子程序。发送数据的时间间隔为1.5秒,采用自定义数据帧格式。每帧以0xFB开头,以0xFE结束。

3.2 PC软件设计

主机的系统控制台软件是用LabVIEW编写的。收集的传感器数据由通过Arduino控制板根据定制通信协议的数据帧格式组成。 APC220通过无线串口传输模块发送到主机,然后由数据接收和处理。实时显示相应的显示控制,并将接收的下位计算机数据存储在数据库中。主机显示主界面,如串口设置界面和数据库设置。同时,您可以在显示窗口中选择相关数据的实时曲线。设置方法如下:右键单击主界面底部,然后根据弹出界面选择。 。

4。结论

基于Arduin和LV,农田信息无线采集系统可以收集土壤温度和湿度、空气的温度,湿度和照度,并具有相关的控制电路,如采集电路的掉电检测,以及显示和分析相关数据存储功能、。 。整个系统具有数据采集精度高达、的特点,操作简单,抗干扰性能强,具有很高的推广和使用价值。

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