智能农业系统可视化操作平台设计

引 言

随着无线传感器网络技术和物联网技术的快速发展，我国农业发展也逐步走向智能化控制道路 [1,2]。智能农业系统主要通过空气温湿度、土壤湿度、光照强度等传感器采集大量的环境数据，再利用无线传感网传输数据，完成灌溉、通风、加温、补光系统的自动控制[3,4]。该系统可根据农作物不同的生长周期进行不同的环境控制，可极大程度上增加农作物产量，降低人力成本。智能农业系统一般分为智能网关、无线传感网、自动控制设备三个部分。

智能网关是整个智能农业系统的枢纽，包括数据处理、用户自定义控制、数据上发和无线传感网组建等重要功能。对各环境采样点采集到的光照强度、温湿度等信息进行录入和分析，经软件分析处理后执行相应的管理决策。自动控制设备的运行状态也可以通过智能网关进行配置和管理。为了方便用户操作，在智能网关上还需设计一个友好的嵌入式人机交互界面。用户可以通过该操作界面对每个控制系统进行控制，以达到灵活运用的效果，在最大程度上智能控制各执行器， 达到高效节能的目的。

1 智能网关总体设计

智能网关是整个系统的核心，主要由STM32F103ZET6 处理器[5,6]、TFT 触摸显示屏、蓝牙模块和CC2530 构成，处理器自身带有 512 K 的Flash。数据存储方面采用SD 卡。用户能方便的将智能网关存储的各项传感器数据调用查看。智能网关供电方式为电池供电和外接电源共用，电池一次充电可使用一周，此举减少了为智能网关供电的烦恼。操作系统采用μC/OS-II 嵌入式实时操作系统，移植 UCGUI 图形支持系统开发UI 界面 [7]，并增加存储设备SD 卡驱动程序和一些外围硬件的驱动支持，完成智能网关系统设计。智能网关系统程序流程图如图 1 所示。

2 串口程序设计

串口程序主要用来接收智能网关发送的数据，并发送数据到智能网关。先由一个硬件串口连接智能网关，设置各项串口参数，通过写入函数传送到软件内的接收函数，解析处理数据。其串口接收程序如图 2所示。

3 显示程序设计

显示模块显示传感器接收到的温度、空气湿度、光照度、土壤湿度等信息。同时监控所收到的信息是否达到报警数据， 并判断是否发出警报。网关接收串口发送来的数据，并通过公式节点判断后将采集到的数据经串口和字符串转换器拆解出温度、湿度等数据。用十进制的方式显示在仪表盘上，同时也加入一个比较函数，设定一个最高温度、湿度等，判断各项数值是否达到报警值，并将数值存入一个数组中。其显示程序设计如图 3 所示。

4 控制程序设计

 4.1 自动控制程序 

自动控制程序先设置各项阈值，再根据串口接收到的智 能网关的各项数据判断是否存在异常，如果没有异常，不做处 理；若有异常，串口发送相应的控制指令，进行各项控制调节。 自动控制程序如图 4（a）所示。 

4.2 手动控制程序 

手动控制程序根据显示程序所显示的各项数据进行自我 判断，若数据出现异常，则进行调整，由串口发送数据到智能 网关，进行开关的开和关，使各项数据能稳定于正常范围内。 手动控制程序通过手动按下按键发送相应的数值到下位机， 以控制硬件设备。手动程序结构如图 4（b）所示。

5 操作界面设计

利用 G 语言在 LabVIEW 软件中写出智能网关控制水泵、 风扇、补光灯、加热等设备的程序，并对界面进行适当美化。 LabVIEW 自带很多界面美化工具，通过更改按钮图标，选择 合适的 png 图片替换便可修改系统自带的按钮。整体界面如 图 5 所示。

6 结 语

本文设计的智能农业系统操作平台将灌溉、通风、补光、加热的自动控制呈现在一个终端上，用户足不出户即可通过该操作平台远程管理农田，很大程度上减少了劳动量，节约了物力人力。在设计中，上位机还存在诸多不足，需要在今后的工作中不断完善。