EDP協議在物聯網智慧農業監測中的應用

宋俊慷，黃秀梅，楊秀增

（廣西民族師范學院數理與電子信息工程學院，廣西崇左 532200）

0 引言

隨著智慧農業的建設需要，對田間氣象數據的采集和分析將作為農業生產過程智慧化控制的基礎，因此如何有效、可靠實現田間氣象數據的監測工作成為智慧農業推廣應用的研究目標之一。為了實現這一目標，可使用作為物聯網基礎設施建設的物聯網開放云平臺實現田間氣象數據的存儲與可視化展示工作。通過自行開發數據采集裝置完成對田間氣象數據的實時采集和遠距離傳輸工作，在此基礎上使用基于TCP連接承載的EDP協議搭建數據采集裝置和物聯網開放云平臺的數據連接工作，完成基于物聯網技術的智慧農業監測系統設計。

針對物聯網開放云平臺的開發，選用中移物聯網有限公司研制的OnNET物聯網開放云平臺。在進行具體的開發過程中需要在該平臺上進行賬號注冊，選擇接入協議類型，創建產品，添加設備，配置據流模板等工作，最終完成對監測數據的存儲和可視化展示。田間氣象數據采集裝置主要由STM32F429嵌入式微處理器，基于ModBus-RTU的氣象多要素百葉盒，4G-DTU傳輸模塊和供電系統四個模塊和部分接口轉換電路組成。在此基礎上使用基于TCP連接承載EDP協議實現采集裝置和OnNET物聯網開放云平臺的數據通信工作，最終實現整個系統的設計。

1 田間氣象數據在線監測裝置

田間氣象數據在線監測裝置原理框圖如圖1所示，裝置將部署在需要進行氣象數據監測的農作物產業田中，該裝置在使用傳感器技術采集溫度、濕度、光照強度和二氧化碳濃度等氣象數據的基礎上，將所采集的氣象數據封裝在由TCP連接承載EDP協議數據包中發送至OneNET物聯網開放云平臺。

田間氣象數據在線監測裝置軟件流程圖如圖2所示，STM32F429嵌入式微處理器正常上電后先進行各種功能的初始化，在此之后調用ModBus-RTU協議通過RS485總線向氣象多要素百葉盒發送ModBus-RTU詢問幀。氣象多要素百葉盒在接收到該ModBus-RTU詢問幀之后將內部傳感器所采集的溫度、濕度、光照強度和二氧化碳濃度等田間氣象數據組合成ModBus-RTU應答幀發送給STM32F429嵌入式微處理器。STM32F429嵌入式微處理器成功接收該ModBus-RTU應答幀之后，從中解析出溫度、濕度、光照強度和二氧化碳濃度等氣象數據的具體數值，隨后調用初始化時預制好的EDP協議數據包，將田間氣象數據封裝在其中后通過RS232串行通信接口發送給4G-DTU傳輸模塊。4G-DTU傳輸模塊通過和OneNET物聯網開放云平臺建立好的TCP連接將封裝有田間氣象數據的EDP協議數據包發送給OneNET物聯網開放云平臺。

2 EDP協議相關配置

2.1 OneNET物聯網開放云平臺EDP協議接入配置

首先，注冊OneNET物聯網開放云平臺賬號并登錄該賬號進入平臺的控制臺，在平臺所提供的服務產品目錄之中選擇“多協議接入服務”并創業一個用于接收田間氣象數據的產品，由于上傳平臺的田間氣象數據是封裝在TCP連接承載的EDP協議數據包中，因此產品接入協議類型需要選擇EDP協議。在成功創建EDP協議接入的產品后需要為該產品添加設備，進入已經創建好產品的設備列表使用“添加設備”功能為該產品添加設備。在創建產品和添加設備的過程中相關配置信息如表1所示。

圖2 田間氣象數據在線監測裝置軟件流程圖

表1 創建產品和添加設備相關配置信息

創建產品并添加設備成功后就需要為設備配置數據流模板用于存儲田間氣象數據在線監測裝置上傳的數據，田間氣象數據在線監測裝置以溫度、濕度、光照強度和二氧化碳濃度四類氣象數據作為監測目標，因此需要配置4個采樣數據流如圖3所示。每一個數據流模板與一類氣象數據相對應，保證田間氣象數據在線監測裝置上傳的數據能正常存儲并用于數據可視化展示。

圖3 采樣數據流配置

2.2 EDP協議數據包配置

EDP協議規定了15種消息類型，為了實現田間氣象數據在線監測裝置和OneNET物聯網開放云平臺之間的正常數據交互，主要使用其中的三類，其分別為鑒權消息，數據存儲消息和心跳消息。鑒權消息實現田間氣象數據在線監測裝置與OneNET物聯網開放云平臺之間TCP連接的建立；數據存儲消息用于田間氣象數據在線監測裝置將采集好的氣象數據上傳至OneNET物聯網開放云平臺；心跳消息用于維持田間氣象數據在線監測裝置與OneNET物聯網開放云平臺之間已經建立好的TCP連接不中斷。

數據存儲消息數據包需要在STMSTM32F429嵌入式微處理器的進行預制。田間氣象數據在線監測裝置調用預制好的EDP協議存儲消息數據包，封裝采集好的氣象數據通過RS232串行通信接口發送給4G-DTU傳輸模塊，經4G-DTU傳輸模塊與OneNET物聯網開放云平臺之間建立的TCP連接上傳至平臺配置好的采樣數據流。使用“EdpProtoDebugger-v2.0”軟件可構造用于封裝田間氣象數據的EDP協議數據存儲消息數據包如圖4所示。具體配置時消息類型選擇SaveData，消息子類型選擇Json數據2，數據內容根據前述OneNET物聯網開放云平臺配置的采樣數據流名稱和Json數據格式進行填寫配置。

圖4 用于封裝田間氣象數據的EDP協議數據存儲消息數據包配置

鑒權消息數據包和心跳消息數據包可在進行4G-DTU傳輸模塊和OneNET物聯網開放云平間配置TCP連接時一并進行預制，其中心跳消息數據包有固定的結構其具體內容為“0XC0 0X00”。鑒權消息數據包同樣可以使用“EdpProtoDebugger-v2.0”軟件構造，配置時需要使用OneNET物聯網開放云平臺創建產品后生成的產品ID和添加設備時設置的鑒權信息，具體配置方法如圖5所示。

確定鑒權消息數據包和心跳消息數據包后就可以對4G-DTU傳輸模塊進行配置，使用有人物聯網USR-G781型4G-DTU模塊，通過RS232串行通信接口連接個人PC運行專門配置軟件進行USR-G781型4G-DTU模塊配置工作。

3 EDP協議數據存儲消息解析

表2展示了由“EdpProtoDebugger-v2.0”軟件構造生成的EDP協議數據存儲消息數據包基本結構，整個消息從0字節開始編號，共72字節。STMSTM32F429嵌入式微處理器在成功上電后以對該消息數據包結構進行初始化，此后通過氣象多要素百葉盒采集溫度、濕度、光照強度和二氧化碳濃度四個田間氣象數據的數值，在數據成功采集后分別將它們轉換為ASCII碼的16進制表示形式。最后將ASCII碼的16進制表示的田間氣象數據分別封裝在已經預制在STMSTM32F429嵌入式微處理器存儲器內部的EDP協議數據存儲消息數據包基本結構之中。

圖5 鑒權消息配置

表2 EDP協議數據存儲消息數據包基本結構

田間氣象數據封裝具體實現方法是針對預制好的EDP協議數據存儲消息數據包基本結構，將轉換為ASCII碼的16進制表示的溫度數據插入到第24和25字節之間，將轉換為ASCII碼的16進制表示的濕度數據插入到第41號和42號字節之間，將轉換為ASCII碼的16進制表示的二氧化碳濃度數據插入到第54號和55號字節之間，將轉換為ASCII碼的16進制表示的光照強度數據插入到第68和69字節之間。數據插入完成后從新計算整個消息數據包長度并根據新長度數值修改消息數據包的第1號、第4號和第5號字節編號取值，完成前述工作后就構造完成了用于發送田間氣象數據的EDP協議數據存儲消息數據包。

4 數據測試

OneNET物聯網開放云平臺自帶的應用管理功能可使用其內置的曲線、表盤或柱狀圖等組件連接配置好的數據流，在此基礎上實現田間氣象數據的可視化如圖6所示。使用了簡單的表盤組件和曲線圖分別展示了田間氣象數據在線采集裝置上傳的氣象數據的實時數值和歷史數據?？梢允褂闷脚_自帶的應用發布功能將展示界面以網頁的形式發布至Internet，農業生產管理者可使用智能手機或者個人PC通過Internet訪問已經發布的可視化界面實時掌握當前田間氣象狀態數據的變化。

圖6 田間氣象數據的可視化展示

5 結語

由可視化監測界面可以看出，由TCP連接承載的EDP數據包可有效的將以STM32F429嵌入式微處理器作為控制核心，配合ModBus-RTU的氣象多要素百葉盒和4G-DTU模塊組成的田間氣象數據在線監測裝置所采集的溫度、濕度、二氧化碳濃度和光照強度等氣象數據實時上傳到OneNET物聯網開放云平臺。OneNET物聯網開放云平臺在保證上傳數據可靠性的基礎上完成數據的存儲展示工作，整個系統作為應用于智慧農業建設的農業生產過程數據監測手段，為智慧農業進一步的推廣和發展提供必要的技術支持。