基于嵌入式的智慧農業園區系統

明立娟

（攀枝花學院，四川 攀枝花 617000）

隨著經濟的快速增長，人們對智慧農業園區有越來越高質量的需求。建立一個低成本、高效率的智慧農業園區系統已成為當今世界的一個熱點話題。目前越來越多的智慧農業園區產品出現在市場上，其中以基于局域網實現本地的智能安防系統居多。目前真正實現智慧農業園區上網，構成一套完整的解決方案，達到真正的物聯網結構體系還處于探索期。隨著無線網絡技術的成熟，網絡覆蓋范圍的無縫化、廣闊化以及手機的普遍化和小程序的便捷化，為基于無線網關智慧園區生活系統提供了巨大的應用空間。本文采用樹莓派3B為系統控制核心，利用傳感器、控制器等設備，通過無線技術實現了遠程控制家電設備，智能防盜以及采集室內溫濕度，光照強度，甲醛及煙霧等數據信息。達到真正意義上的園區物聯網監控和管理。

1 系統設計

總體設計包含硬件設備，本地服務器，云服務器，數據庫，小程序客戶端。總體框圖如圖1所示。

圖1 系統設計總體框圖

2 系統程序設計

系統主要程序為Python語言和node.js以及少量的lua語言，包含網絡編程開發，硬件開發，小程序客戶端開發。主要包括TCP通信，HTTP通信，串口通信，PWM控制，GPIO控制等。以下為各個部分的程序框圖：

2.1 服務器響應設計

采用Python搭建本地服務器。包含四大功能：其一，獲取云端命令并轉發給下位機；其二，處理并上報室內環境數據和防盜數據；其三，獲取視頻流數據推流給騰訊云；其四，獲取語音命令處理后下發給下位機并上報云端。在本地搭建TCP服務器，使得下位機設備得以接入服務器。再創建三個線程，分別實現下發命令、上報數據、語音控制。下發命令使用Socket套接字通訊，上報數據使用HTTP協議POST給指定域名，視頻監控使用FFmpeg軟件實現推流到騰訊云，在小程序端使用live-player組件實現播放視頻流。語音控制則使用百度提供的語音識別（STT）和語音合成（TTS）的REST API調用，修改數據庫命令實現語音控制。程序流程圖如圖2所示。

圖2 服務器流程圖

2.2 下位機程序流程圖

因安裝位置限制，本文采用兩個基于NodeMCU的下位機，一個主要功能為獲取服務端命令，執行開關電燈，窗簾，門等設備的操作。另一個主要功能為上報當前環境數據給服務器，以及掃描紅外觸發裝置，監測防盜信息（如圖3）。

圖3 下位機程序流程圖

3 硬件電路設計

下位機硬件電路設計，采用安信可公司的基于ESP8266的NodeMCU測試板為主控裝置，添加外圍硬件實現無線對接及遠程遙控。門禁系統采用電磁鎖，一頭連接在繼電器的COM端，一頭接地，繼電器的DC+端接三極管的發射極，DC-接地，三極管的基極連接在NodeMCU的D0管腳口。燈光調節系統使用PWM進行調節，兩盞LED燈的正極分別接D2口和D3口，負極接地，通過設置D1、D2口為PWM輸出，調節PWM改變LED1和LED2燈光的明暗。窗簾的伸縮則使用直流電機轉動齒輪帶動鏈條實現窗簾伸縮。電機驅動使用TB6612fng模塊。模塊的STBY接VCC，VM接12V電源，VCC接5V電源，GND接地，PWMA接NodeMCU的D4口，AIN1和AIN2接NodeMCU的D5和 D6口，AO1和AO2接電機的兩個腳。園區生活環境系統則使用串口獲取傳感器數據，傳感器的TXD和RXD接NodeMCU的RXD和TXD，VCC接5V電源，GND接地。安全防護系統是使用紅外測距原理，分別安裝在大門和窗戶一側，當測試距離減小到預設值，則傳感器的COM口接NodeMCU的D1管腳變為高電平，從而在程序讀取后發送給本地服務器報警并觸發蜂鳴器警示闖入者。具體電路設計如圖4。

圖4 下位機硬件電路圖

4 結束語

本文設計了一種基于無線網關服務的智慧農業園區系統。其是以園區生活為平臺，利用綜合布線技術、網絡通信技術、安全防范技術、自動控制技術、音視頻技術將園區生活有關的設備集成與本地服務器，形成一套完善的智能園區生活系統。可通過小程序查看及控制現場執行機構，完成對園區生活的實時掌控。真正意義上實現園區生活的安全、舒適、信息交互與通信能力。