基于單片機(jī)的果園智能監(jiān)控系統(tǒng)

王清輝+溫發(fā)林+施錦祥

摘要：基于無線技術(shù)和傳感器技術(shù)設(shè)計了果園智能監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實時檢測果園指定區(qū)域的溫濕度、光照強(qiáng)度和煙霧等信息，并可根據(jù)需要定時發(fā)出聲音報警來驅(qū)逐害鳥，提高了果園環(huán)境檢測和管理的智能化。

關(guān)鍵詞：nRF24L01；果園；傳感器

中圖分類號：S126；TP334.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）20-5365-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.20.050

Abstract： An intelligent monitoring system for the orchard based on wireless technology and sensor technology is designed in this paper. The temperature and humidity，illumination intensity and smog of the designated areas can be detected in real-time by this system. Furthermore sound alarm will be sent out when needed to expel noxious bird，which greatly improves the intelligent level of the environment detection and management of the orchard.

Key words： nRF24L01； orchard； sensor

目前，中國正處于由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化進(jìn)程中，科技信息技術(shù)被廣泛應(yīng)用在農(nóng)業(yè)各個領(lǐng)域[1-3]，以智能化農(nóng)業(yè)信息技術(shù)改造農(nóng)業(yè)的發(fā)展是當(dāng)前備受關(guān)注的工作[4，5]。農(nóng)作物受外界環(huán)境影響明顯，具有多樣性、多變性、零散分布等特點，農(nóng)業(yè)環(huán)境和生物信息采集和管理是所有工作和研究的出發(fā)點，具有十分重要的意義。目前，中國溫室環(huán)境控制仍靠人工經(jīng)驗來管理，嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效益，阻礙了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。因此，采用先進(jìn)的人工智能技術(shù)，科學(xué)、合理地控制影響作物的環(huán)境因子，以便給作物創(chuàng)造最佳的生長條件，提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)價值和社會效益。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)分為節(jié)點系統(tǒng)與主系統(tǒng)，如圖1所示。從圖1中可見，系統(tǒng)由節(jié)點系統(tǒng)和主系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，主系統(tǒng)放置在監(jiān)控室，節(jié)點系統(tǒng)放置在需要檢測的地方，負(fù)責(zé)果園環(huán)境的具體監(jiān)測，然后通過無線將檢測的信息回傳，主系統(tǒng)負(fù)責(zé)綜合處理節(jié)點發(fā)來的信息并可以對節(jié)點系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。

1.1 主系統(tǒng)構(gòu)成

主系統(tǒng)由STC8952單片機(jī)、聲光報警模塊、nFR24L01[6，7]無線模塊、鍵盤和液晶顯示模塊5個部分構(gòu)成，如圖2所示。主系統(tǒng)主要完成對節(jié)點采集數(shù)據(jù)的接收、處理和顯示，并可以對節(jié)點系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。

1.2 節(jié)點系統(tǒng)的構(gòu)成

如圖3所示，節(jié)點系統(tǒng)主要包含有熱釋電紅外傳感器模塊、溫濕度傳感器模塊DHT11[8，9]、煙霧傳感器模塊和光敏傳感器模塊[10]，分別完成對果園所處環(huán)境的人為入侵、溫濕度、煙霧濃度和光照強(qiáng)度的模擬信號采集。

節(jié)點系統(tǒng)通過實時采集各類傳感器檢測的相關(guān)信息，然后通過nFR24L01無線模塊傳送給主系統(tǒng)，并接收主系統(tǒng)傳輸過來的參數(shù)設(shè)置，也可以根據(jù)需要發(fā)出聲音報警。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)由主系統(tǒng)和節(jié)點系統(tǒng)構(gòu)成：主系統(tǒng)程序設(shè)計、無線收發(fā)程序設(shè)計和節(jié)點系統(tǒng)程序設(shè)計等3個部分。

2.1 主系統(tǒng)程序流程

主系統(tǒng)主要實現(xiàn)用戶設(shè)置的輸入和對無線接收節(jié)點系統(tǒng)發(fā)來的信息進(jìn)行相應(yīng)的處理如圖4所示。從圖4中可見，主系統(tǒng)軟件主要首先完成對聲光報警模塊、液晶顯示模塊、單片機(jī)系統(tǒng)資源和無線模塊的初始化工作，然后實時就是完成鍵盤和無線模塊收發(fā)的實時處理，保證用戶輸入的控制信息能夠及時通過無線模塊下傳到節(jié)點系統(tǒng)，同時將從節(jié)點系統(tǒng)接收的信息通過液晶屏進(jìn)行顯示。

2.2 無線數(shù)據(jù)收發(fā)流程

無線數(shù)據(jù)的收發(fā)流程如圖5所示。從圖5（a）可見，單片機(jī)先進(jìn)行初始化操作，初始化包括設(shè)置單片機(jī)I/O和SPI相關(guān)寄存器兩部分。經(jīng)過SPI總線配置射頻芯片使其開啟工作模式。發(fā)射數(shù)據(jù)時，首先將nRF24L01配置為發(fā)射狀態(tài)，然后把發(fā)送端待發(fā)射數(shù)據(jù)的目的地址TX_ADDR和數(shù)據(jù)TX_PLD寫入nRF24L01緩沖區(qū)中，等待發(fā)送。圖5（b）中無線接收模塊軟件設(shè)置接收數(shù)據(jù)時，首先將nRF24L01配置為接收狀態(tài)，然后延遲進(jìn)入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的發(fā)送。當(dāng)接收方檢測到地址和CRC時，就將數(shù)據(jù)包儲存在接收堆棧中，與此同時狀態(tài)寄存器中的中斷標(biāo)志位RX_DR置高，產(chǎn)生中斷使IRQ引腳變?yōu)榈碗娖?，以便通知單片機(jī)去讀取數(shù)據(jù)。

2.3 節(jié)點系統(tǒng)流程

節(jié)點系統(tǒng)要完成對各個傳感器的數(shù)據(jù)讀取，然后將數(shù)據(jù)通過無線模塊傳送給主系統(tǒng)，并根據(jù)主系統(tǒng)發(fā)來的控制信息進(jìn)行聲音報警驅(qū)逐害鳥等功能。因為各個節(jié)點系統(tǒng)要完成的功能相同，所以以其中一個節(jié)點系統(tǒng)的程序流程（圖6）進(jìn)行介紹。從圖6可見，節(jié)點系統(tǒng)首先對nFR24L01無線模塊和單片機(jī)內(nèi)容硬件資源進(jìn)行初始化，然后在程序主循環(huán)中進(jìn)行各類傳感器的檢測，將檢測到的結(jié)果進(jìn)行無線發(fā)送，并完成由主控系統(tǒng)從無線模塊傳來的控制命令。

3 小結(jié)

該系統(tǒng)通過相關(guān)的傳感器實時檢測果園的溫濕度、光照強(qiáng)度和煙霧等信息的收集，為果樹成長狀態(tài)分析提供相關(guān)的數(shù)據(jù)；通過熱釋電紅外傳感器模塊檢測到有人出現(xiàn)在該區(qū)域立刻向控制室的主系統(tǒng)發(fā)出報警信息；并通過主系統(tǒng)的設(shè)置可以讓節(jié)點系統(tǒng)定時發(fā)出聲音報警來驅(qū)逐害鳥。因此，該系統(tǒng)提高了果園管理的智能化，具有較好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 謝韶光.我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化的困境、成因及對策分析[J].企業(yè)家天地，2008（7）：19-22.

[2] 曾業(yè)送.加快轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，促進(jìn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)跨越[J].中共石家莊市委黨校學(xué)報，2010（8）：4-7.

[3] 沈林安，吳健雄，蔡明玉.農(nóng)機(jī)專業(yè)合作社是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的有效組織形式[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備，2008（9）：54-57.

[4] 李 將.智能化農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的初步探討[J].山東神農(nóng)業(yè)管理干部學(xué)院學(xué)報，2012（3）：36-37.

[5] 郭成芳，陳士輝，秦來壽，等.探索西北貧困地區(qū)農(nóng)業(yè)信息化的途徑推進(jìn)智能化農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)科技與信息，2007（9）：11-14.

[6] 沈 飛.基于Nrf24L01的無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].自動化應(yīng)用，2016（1）：33-34.

[7] 王 娟.基于nRF24L01和單片機(jī)的無線煤氣檢測及報警系統(tǒng)[J].信息系統(tǒng)工程，2016（2）：92-92.

[8] 范治政，劉永春.基于ARM9的大棚遠(yuǎn)程溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，54（3）：705-708.

[9] 莊立運，魯 慶，王曉暉.基于CC2530的大棚溫濕度無線采集節(jié)點設(shè)計與實現(xiàn)[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，53（3）：582-585.

[10] 王 芳，張小春，孟 惠.基于光敏電阻的高精度自動跟日系統(tǒng)[J].光電技術(shù)應(yīng)用，2015（5）：14-16.