WiFi在农业物联网温湿度测量的研究*

解施媛，姜重然，王烯霖，王 旭，张文丹

(1.佳木斯大学信息电子技术学院，黑龙江 佳木斯 154007；2.佳木斯大学，黑龙江 佳木斯154007； 3.佳木斯大学基础医学院，黑龙江 佳木斯 154007)

0 引言

现实生活中，通过WiFi来实现物联网，WiFi无线技术应用极为广泛，它拥有最多的用户和广泛的群众基础，具备传输距离远等优点。物联网愿景高而雄心勃勃，新功能和应用层出不穷，在不知不觉中已经充满了我们的生存空间。在生活中，只要使用智能终端设备，就会有WiFi，WiFi的当前容量和普及程度是相比于其他无线技术协议无与伦比的，这一点毋庸置疑。粮食仓储过程中温湿度至关重要，关系到粮食霉变，农业生产大棚温湿度是最重要的参数，水稻种子催芽过程中温度决定出芽率，由此可看见温湿度在农业生产的重要地位。对WiFi在农业物联网中温湿度的测量展开研究，就能在一定程度上促进智能农业发展[1]。

1 WiFi在农业物联网温湿度测量的结构

1.1 总体设计方案的结构

WiFi在农业物联网温湿度的检测系统主要是利用CC3200无线WiFi模块的功能，通过温湿度传感器DHT22的采集功能进行温度和湿度的采集。从整体来说，这个完整的系统可以由三个部分组成：温湿度采集端口、CC3200的服务器、温度和湿度接收系统，总体方案结构如图1所示[2]。

图1 总体方案结构图

温湿度采集部分主要的功能为：特定地点温度和湿度数据的采集以及输出。

服务器的主要功能为：温湿度数据的收集以及保存，还有会把采集到的温度和湿度数据传送下去。

客户端的功能为：顾名思义，就是客户的端口，测量者可以到客户端上看到详细的数据，收集到一批数据后可以进行分析。

1.2 采集终端方案设计

本设计的温度和湿度的测量部分是本次研究的重点，这个测量模块的构建其实就是温湿度传感器DHT22模块的搭建研究。根据本次试验的要求，本模块选择稳定可靠的DHT22原件，作为本次研究的温湿度传感器，对监测地域内的温度、湿度的数据进行搜聚。温湿度传感器DHT22原件具有功能完善的测温元件与采湿元件，内部置有一个功能完善的单片机元件，为传感器的工作提供全面的功能，在采集数据方面具有很重要的作用。DHT22测温湿度时的反应快、而且性价比高、抗干扰力强，功耗低且体积小，信号可传输20 m以上，图2为DHT22电路接线图[3]。

图2 DHT22电路接线图

温湿度传感器DHT22发送数据的具体形式如表1。

表1 传感器发送形式

在这个工作过程中，MCU是一个发射端，此发射端会将一个要发出的信号发送出来，此信号可以是开始信号，如果这个信号是开始信号的话，那么这个开始信号会先进行本质上的置换，从低耗能方式向高耗能方式进行置换，再次置换之后，温湿度传感器的接收端产生响应，发出响应信号，而随着响应信号的发送，数据的发送也要随着这个方式一起发送，这里的数据大小约为40bit，随着响应过程的结束，采集过程将会重新进行，而形成一个循环[4]。此系统中，会出现无工作进行的情况，如果出现这种情况的时候，我们可以设定总线进行控制。当通信开始，主机(MCU)开始进行工作，其工作内容可以分为两项：1) 拉低1～10ms；2) 释放总线。工作进行后，进行延迟工作，在20～40μs过后，主机工作结束，开始下一项工作——等待从机应答。

从机的应答方式是响应信号的输出，此信号应为低电平信号，在这个信号发出后，会有一个大致的范围，这个范围大约80μs，当超出此范围后，将会很快进入下一环节——数据发送环节。

1.3 无线MCU模块的设计

MCU模块作为本系统的网络模块，这个模块具有至关重要的作用，其模块可以分为两个部分，一个是嵌入式网络协议部分，这个部分顾名思义，就是协议的意思，它负责着各个互联网终端的协议连接的作用，这相当于网络系统的通行证，有了这个通行证，系统的完善性更加鲜明，在此模块的支撑作用下，在物联网方面也可以更好地联系起来；另一个部分是嵌入式WiFi部分，这个部分有着两种模式：基站；访问点，这两种模式即为此部分的核心功能，选用CC3200作为MCU模块[5]。

2 WIFI在农业物联网温湿度测量的软件设计

2.1 主程序设计

软件部分首先介绍了采集系统整体的流程，在这一过程中，软件系统主程序需要执行必要的工作程序，比如在芯片的初始化中，中断处理器的运行是必要的，然后让网络处理器仔细处理网络，然后由个体创建的几个任务，分别完成数据采集、数据传输、处理的任务，然后对任务的进一步发展进行调控，并且进行循环工作，主程序的流程图如图3所示[6]。网络方面的整体连接方式多种多样，而此次研究将采用客户端-服务器这种整体连接方式，这种方式可以更加高效迅速的进行测量，可以将特定时间、特定地点的温湿度检测出来，这个方案需要CC3200与温湿度传感器DHT22的连接来构建此框架，构建完成后开始工作，客户端发送信号，相应端口开始响应。在这个过程中，CC3200客户端的强大功能得以体现，期间服务器端口非常智能，它可以在要求发送至服务器时进行智能判断和选择，可以选择接受服务器所发出的请求，也可以拒绝服务器发出的请求。这也就体现了此服务器的强大功能。

图3 主程序流程图框图

2.2 温湿度采集程序的设计

温度和湿度采集过程为，CC3200的IO口首先是需要进行处理的装置，对它的作用是进行初始化处理，而I2C接口也要进行此项梳理过程，紧接着将要进行温湿度传感器DHT22的配置行为，通过一系列的初始化操作后，进行下一个步骤。对DHT22的接口进行输入数据的录入，录入后经过处理，它会输出工作时钟，而有了工作时钟之后，温湿度传感器DHT22开始工作，并会输出与之等级相重的信号，传感器接口捕捉同步信号，开始采集温湿度数据，温湿度数据由DMA分段写入系统内存，紧接着进行存储，构成一个完整的运行过程[7]。当此过程完成后，将会进行新一轮的同样设定过程，进而开始新一轮的检测过程，这些过程相结合，才会出现一套温湿度测量数据系统，进而可以针对这个系统进行分析。而对于温湿度数据收集系统来说，为了让这个系统可以更好地运行，选择让它分为两个部分，一个部分是接收部分，另一个是发送部分，这两个部分可以独立的运行，而这样，可以让两个部分互补干扰的运行，而不会互相影响，这样可以保证系统稳定，具体流程图如图4所示。

图4 温湿度数据采集流程图

3 结束语

温湿度是常见的物理量，但是温湿度可以使物质发生质的改变，随着WiFi与物联网行业的进一步融合，人们的生活方式会因此而改变，人们的生活观念也会因此发生改观，未来的生活里，肯定是一个属于智能WiFIi的生活时代，在这个大势所趋之下，通过使用CC3200与温湿度传感器DHT22的连接，以及AP端温湿度数据的接收，从而组成一个完整的温湿度测量系统，以测量特定区域的温湿度为目的展开研究，设计出一套在线测量局部温湿度系统，可以应用在粮库和农业大棚温湿度测量监控，也可以应用在水稻催芽车间，在农业工程上有一定的应用价值[8]。