虞斌斌 楊亞偉 宿州學院信息工程學院

關鍵字：WiFi傳感器 立體無土化 遠程控制

1 項目研究的背景

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的快速進步、WiFi技術的成熟和新型農(nóng)業(yè)無土化栽培技術的發(fā)展，越來越多的新平臺為智能化遠程控制提供了新方向。設計在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的信管服務模式，可降低用戶對信息獲取的成本與服務階檻，實現(xiàn)各行業(yè)高效性與智慧性管理。未來將會有更多的行業(yè)使用人工智能調(diào)用機器和傳感器檢測到的數(shù)據(jù)實現(xiàn)遠程控制。電子信息技術的提高，計算機、手機、平板電腦等電子設備成為大眾化的互聯(lián)網(wǎng)終端，更何況我國是農(nóng)業(yè)大國，怎么提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量是如今一直研究的方向。本項目就基于WiFi的立體無土化栽培智能控制系統(tǒng)展開了深度研究。

2 系統(tǒng)結構的設計

無線傳感器網(wǎng)絡是通過大量的無線傳感器節(jié)點構成的數(shù)據(jù)傳遞網(wǎng)絡，本系統(tǒng)大體是由WiFi傳感器節(jié)點模塊、用于接收數(shù)據(jù)的計算機、電子終端設備組成，通過大面積地部署WiFi傳感器節(jié)點經(jīng)無線網(wǎng)絡與各傳感器節(jié)點接通，通過WiFi網(wǎng)絡將檢測到的數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)接脩舨⑾轮噶畹教幚頇C。遠程控制總體設計圖如下：

圖1 系統(tǒng)總體設計圖

2.1 硬件設計

2.1.1 WiFi傳感器節(jié)點

WiFi傳感器節(jié)點是一種無線微型嵌入式設備，低功耗、高性能，內(nèi)置傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應模塊（如圖2）。WiFi模式更適合本項目，傳輸距離和傳輸速率相比其他網(wǎng)絡具有特別大的優(yōu)勢。WiFi傳感器節(jié)點通過監(jiān)測到的數(shù)據(jù)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換由其它節(jié)點進行傳輸，最后路由匯聚到達中控室管理節(jié)點，用戶通過管理節(jié)點對控制處理節(jié)點進行操作。

圖2 WiFi無線傳感器節(jié)點構成圖

2.1.2 STM32 嵌入式系統(tǒng)

STM32單片機實質(zhì)上是一個小芯片，同時也是一個微控制器，比傳統(tǒng)的51單片機有更多的功能、性能和接口，STM32單片機包含ARM32位CPU、存儲器、時鐘電路、A/D轉(zhuǎn)換元件，可集成的外設很多，并且有很強的實時性能。

2.1.3 GS1010 芯片無線通信模塊

GS1010芯片是一種高集成，低功耗的WiFi無線微型系統(tǒng)，標準802.11協(xié)議線，傳輸速率高，通過SPI口連接主控制器和網(wǎng)絡。在Arduino開發(fā)環(huán)境下，連接無線傳感器到Arduino主板上，編寫可控代碼，實現(xiàn)通信。

2.1.4 電磁閥和繼電器

電磁閥內(nèi)含電磁線圈及磁芯，線圈被通電，磁芯運行。當溫濕度升高時，監(jiān)測節(jié)點檢測到數(shù)據(jù)傳給管理節(jié)點，和人為設定的數(shù)據(jù)值匹配，當匹配不成功時，管理節(jié)點通過WiFi控制節(jié)點對電磁閥作出指令，給其通電，使其工作，控制噴頭噴灑，降低大棚內(nèi)溫濕度。同理，繼電器也是一種控制通斷的開關，當光源過暗時，通過上述步驟，控制補光燈自行補光。

2.2 軟件設計

本設計將采用WiFi模塊配置為UDP客戶端方式來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，UDP方式相對于TCP方式傳輸快、更安全、程序結構更簡單。基本步驟：

1.初始化讀取用戶指令參數(shù)IP，判斷IP地址是否合格；2.建立UDP socket；3.建立和服務程序的連接。與TCP協(xié)議不同，UDP少了三次握手功能。UDP連接，可直接返回錯誤信息到程序，避免因沒有收到數(shù)據(jù)而一直等待狀態(tài)；4.向服務程序發(fā)送讀取到的用戶輸入數(shù)據(jù)；5.接收服務程序返回的數(shù)據(jù)；6.處理接收數(shù)據(jù)，輸出到標準輸出上。代碼設計過程如下圖：

圖3 代碼框圖

在手機、平板等操作系統(tǒng)終端設備中，開發(fā)一款適用于項目的APP通過建立協(xié)議與PC機匹配數(shù)據(jù)，用戶可以隨時隨地通過終端查看蔬果棚環(huán)境信息，并設定消息推送功能，當某環(huán)境值與設定值不匹配時，向用戶預警，用戶即可進行便攜式可視化智能遠控。

2.3 系統(tǒng)測試

通過放入一些冰塊使蔬果棚內(nèi)溫度適當降低，溫度傳感器將檢測到溫度數(shù)據(jù)傳送給A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過WiFi網(wǎng)絡節(jié)點傳送到中控室管理節(jié)點匹配數(shù)據(jù)，匹配不成功，控制節(jié)點進行處理提高光照強度，溫度得到回升。與此同時，也可以通過手機等設備事先觀察棚內(nèi)狀況進行人性化處理。

3 WiFi智能遠程控制系統(tǒng)的優(yōu)勢

1.對無土栽培蔬果的各類實時數(shù)據(jù)信息進行采集、監(jiān)測和控制；2.通過WiFi協(xié)議進行無土化栽培室、中控室和手機終端兩兩互聯(lián)；3.對所有的設備單元器件進行智能遠控；4.通過太陽能供電，節(jié)省能源；5.通過APP的開發(fā)，實現(xiàn)WiFi連接手機終端的立體無土化栽培智能控制應用。

4 結論

盡管藍牙、Zigbee等無線網(wǎng)絡技術應用廣泛，但是存在傳輸數(shù)據(jù)信息距離短，速率低，少量地方安裝網(wǎng)絡困難的缺點。然而 WiFi技術在眾多短距離的無線組網(wǎng)技術對比下脫穎而出，WiFi網(wǎng)絡傳輸速率快，無需布線，裝網(wǎng)方便，適用于封閉的環(huán)境。該研究設計具備很好的擴展性，如測量了已知測量的因素外的蔬果類生長的因素，還能附加攝像頭，實現(xiàn)對圖象、視頻信號的實時監(jiān)測和上傳。