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(jì)了果園智能監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實(shí)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S126；TP334.2：A：0439-8114（2016）20-5365-03DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.20.050Abstract：Anintelligentmonitoringsystemfortheorchardbasedonwirelesstechnologyandsensortechnologyisdesignedinthispaper.Thetemperatureandhumidity，illuminationintensityandsmogofthedesignatedareascanbedetectedinreal-timebythissystem.Furthermoresoundalarmwillbesentoutwhenneededtoexpelnoxiousbird，whichgreatlyimprovestheintelligentleveloftheenvironmentdetectionandmanagementoftheorchard.Keywords：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(diǎn)，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(diǎn)，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(yàn)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(jì)系統(tǒng)分為節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)發(fā)來的信息并可以對節(jié)點(diǎn)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(diǎn)采集數(shù)據(jù)的接收、處理和顯示，并可以對節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。1.2節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的構(gòu)成如圖3所示，節(jié)點(diǎn)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(diǎn)系統(tǒng)通過實(shí)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(jì)系統(tǒng)由主系統(tǒng)和節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)構(gòu)成：主系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)、無線收發(fā)程序設(shè)計(jì)和節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)等3個部分。2.1主系統(tǒng)程序流程主系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)用戶設(shè)置的輸入和對無線接收節(jié)點(diǎn)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(shí)時就是完成鍵盤和無線模塊收發(fā)的實(shí)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(diǎn)系統(tǒng)，同時將從節(jié)點(diǎn)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)榈碗娖剑员阃ㄖ獑纹瑱C(jī)去讀取數(shù)據(jù)。2.3節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)流程節(jié)點(diǎn)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?yàn)楦鱾€節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)要完成的功能相同，所以以其中一個節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的程序流程（圖6）進(jìn)行介紹。從圖6可見，節(jié)點(diǎn)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(shí)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(diǎn)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(jì)[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(jì)[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，