基于单片机的农业大棚数据采集以及远程监控

邓甜甜，王晴晴，陈 进，黄菊香，商体佳，何光梅

（贵州师范学院 数学与大数据学院，贵州 贵阳 550018）

0 引 言

现今智能物联网技术已应用于各个领域，在农业生产活动中也具有较大的应用前景。目前，在贫困偏远山区，对农业大棚的监测成本仍较高，同时还存在无法利用SIM通信卡上传监测数据的问题。而LoRa作为新兴起的低功耗无线局域网通信技术，能够实现超低电流消耗；其利用扩频调制和降低通信调制频率提供长距离传输，可以与具有兼容特性的物联网技术一起应用于低功耗、长距离和小数据量的设备。

为了解决偏远山区农业大棚的温湿度数据采集、成本、功耗等方面的问题，本文设计了基于单片机的农业大棚数据采集以及远程监控系统，该系统能够进行数据采集、网关数据转发以及服务器数据存储。

1 系统设计

本文设计的系统中，由DHT11温湿度采集模块、OLED显示模块、TP4056充电电路和LoRa扩频传输模块组成节点；由OLED显示模块、TP4056充电电路、ESP-01WiFi模块和LoRa扩频传输模块组成网关系统。通过LoRa传输模块，STM32转发DHT11采集的数据，利用串口发送到目标地址上的另一个LoRa传输模块。最后网关将LoRa传输模块接收的数据通过串口转至OLED上显示，并通过带有AT指令固件的ESP-8266WiFi模块将数据上传至服务器上的数据库中。系统框图如图1所示。

图1 LoRa无线远程监测系统框图

2 硬件设计

2.1 ESP-8266WiFi模块

ESP-8266 WiFi模块可支持高性能无线SOC，同时能以最低的成本提供最大的实用性能；为将WiFi功能成功嵌入到其他系统提供无限的可能，也支持三种模式：AP、STA以及AP和STA共存模式。其指令见表1所列。

表1 WiFi模块的指令

2.2 LoRa扩频传输电路

LoRa有定点发射和广播发射两种传输方式。当节点数据上传至某一指定地址及信道上的网关时一般采用定点发射，而当网关向同一信道上的节点下发指令时一般采用广播发射。LoRa还具有抗干扰、传输距离更远以及保障通信稳定的优点。

2.3 TP4056充电电路

本设计使用TP4056作为充电电路的芯片。TP4056是一款外部元件数量少且适用于锂离子电池的便携式充电器。当锂电池电压到达临界值（2.55 V/4.2 V）时，模块将自动从负载断开电池，防止电池过度放电或过度充电。其电路如图2所示。

图2 TP4056充电电路

3 软件设计

本文的设计中使用并发服务器和Socket通信。服务器监听加入的连接，并调用fork()将自身拆分为父进程和子进程。子进程处理连接并将接收的数据存入数据库，父进程则返回监听是否有新的连接加入其中。具体工作流程如图3所示。

图3 服务器工作流程

4 结 语

本文设计了基于单片机的农业大棚数据采集以及远程监控系统。该系统能够进行数据采集、网关数据转发以及服务器数据存储。利用智能物联网技术的优点，解决了偏远贫困地区大棚的数据监测和传输不便、造价成本高昂的问题。