鄧甜甜，王晴晴，陳 進，黃菊香，商體佳，何光梅

（貴州師范學(xué)院 數(shù)學(xué)與大數(shù)據(jù)學(xué)院，貴州 貴陽 550018）

0 引 言

現(xiàn)今智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已應(yīng)用于各個領(lǐng)域，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中也具有較大的應(yīng)用前景。目前，在貧困偏遠山區(qū)，對農(nóng)業(yè)大棚的監(jiān)測成本仍較高，同時還存在無法利用SIM通信卡上傳監(jiān)測數(shù)據(jù)的問題。而LoRa作為新興起的低功耗無線局域網(wǎng)通信技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)超低電流消耗；其利用擴頻調(diào)制和降低通信調(diào)制頻率提供長距離傳輸，可以與具有兼容特性的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)一起應(yīng)用于低功耗、長距離和小數(shù)據(jù)量的設(shè)備。

為了解決偏遠山區(qū)農(nóng)業(yè)大棚的溫濕度數(shù)據(jù)采集、成本、功耗等方面的問題，本文設(shè)計了基于單片機的農(nóng)業(yè)大棚數(shù)據(jù)采集以及遠程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠進行數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)以及服務(wù)器數(shù)據(jù)存儲。

1 系統(tǒng)設(shè)計

本文設(shè)計的系統(tǒng)中，由DHT11溫濕度采集模塊、OLED顯示模塊、TP4056充電電路和LoRa擴頻傳輸模塊組成節(jié)點；由OLED顯示模塊、TP4056充電電路、ESP-01WiFi模塊和LoRa擴頻傳輸模塊組成網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)。通過LoRa傳輸模塊，STM32轉(zhuǎn)發(fā)DHT11采集的數(shù)據(jù)，利用串口發(fā)送到目標(biāo)地址上的另一個LoRa傳輸模塊。最后網(wǎng)關(guān)將LoRa傳輸模塊接收的數(shù)據(jù)通過串口轉(zhuǎn)至OLED上顯示，并通過帶有AT指令固件的ESP-8266WiFi模塊將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 LoRa無線遠程監(jiān)測系統(tǒng)框圖

2 硬件設(shè)計

2.1 ESP-8266WiFi模塊

ESP-8266 WiFi模塊可支持高性能無線SOC，同時能以最低的成本提供最大的實用性能；為將WiFi功能成功嵌入到其他系統(tǒng)提供無限的可能，也支持三種模式：AP、STA以及AP和STA共存模式。其指令見表1所列。

表1 WiFi模塊的指令

2.2 LoRa擴頻傳輸電路

LoRa有定點發(fā)射和廣播發(fā)射兩種傳輸方式。當(dāng)節(jié)點數(shù)據(jù)上傳至某一指定地址及信道上的網(wǎng)關(guān)時一般采用定點發(fā)射，而當(dāng)網(wǎng)關(guān)向同一信道上的節(jié)點下發(fā)指令時一般采用廣播發(fā)射。LoRa還具有抗干擾、傳輸距離更遠以及保障通信穩(wěn)定的優(yōu)點。

2.3 TP4056充電電路

本設(shè)計使用TP4056作為充電電路的芯片。TP4056是一款外部元件數(shù)量少且適用于鋰離子電池的便攜式充電器。當(dāng)鋰電池電壓到達臨界值（2.55 V/4.2 V）時，模塊將自動從負載斷開電池，防止電池過度放電或過度充電。其電路如圖2所示。

圖2 TP4056充電電路

3 軟件設(shè)計

本文的設(shè)計中使用并發(fā)服務(wù)器和Socket通信。服務(wù)器監(jiān)聽加入的連接，并調(diào)用fork()將自身拆分為父進程和子進程。子進程處理連接并將接收的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，父進程則返回監(jiān)聽是否有新的連接加入其中。具體工作流程如圖3所示。

圖3 服務(wù)器工作流程

4 結(jié) 語

本文設(shè)計了基于單片機的農(nóng)業(yè)大棚數(shù)據(jù)采集以及遠程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠進行數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)以及服務(wù)器數(shù)據(jù)存儲。利用智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點，解決了偏遠貧困地區(qū)大棚的數(shù)據(jù)監(jiān)測和傳輸不便、造價成本高昂的問題。