智慧灌溉平臺
1.知識百科
智慧灌溉是運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際需求，通過傳感器采集土壤溫濕度、光照強度等信息，利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街醒?a href="http://m.hljzzgx.com/v/tag/8966/" target="_blank">控制系統(tǒng)進(jìn)行智能控制。智慧灌溉系統(tǒng)由傳感器（水位傳感器）、無線通信模塊（GPRS/CDMA/WLAN/藍(lán)牙）和計算機組成；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，通過自動感知環(huán)境信息（溫度、濕度），實時監(jiān)控作物生長狀況并做出判斷和決策。
2.開發(fā)環(huán)境
??本次智慧灌溉平臺包含有硬件和軟件兩部分。其中硬件部分有 基于STM32的主控制器，USB接口水泵、稻田模型、水位監(jiān)測傳感器，硬件配置如下所所示：
主控制器
稻田模型
??稻田模型中添加了水位監(jiān)測傳感器設(shè)備。
水泵
應(yīng)用APP
3.硬件設(shè)計
4.軟件設(shè)計
??本次硬件主控MCU選擇的是ST公司的基于Cortex-M3架構(gòu)的STM32F103C8T6，供電部分是12V轉(zhuǎn)5V，采用MP2359實現(xiàn)，5V轉(zhuǎn)3.3V則采用AMS1117-3.3實現(xiàn)。軟件設(shè)計通過HAL庫+KEIL軟件。
主控MCU： STM32F103C8T6
通信設(shè)備： ESP8266WIFI
傳感器設(shè)備： 水位檢測傳感器
水泵： USB接口3W水泵
其他： RGB工作狀態(tài)指示、串口調(diào)試接口、ST_Link下載口
4.1 ESP8266WIFI驅(qū)動
??ESP8266系列無線模塊是一個經(jīng)濟(jì)高效的WIFI SOC模塊，支持標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11b/g/n協(xié)議，內(nèi)置完整的TCP/IP協(xié)議棧。 用戶可以使用此系列模塊向現(xiàn)有設(shè)備添加網(wǎng)絡(luò)功能，也可以構(gòu)建獨立的網(wǎng)絡(luò)控制器。
支持STA、AP、STA+AP動作模式；
體積非常小的802.11b/g/n WiFi SOC模塊
內(nèi)置10bit高精度ADC采用低功率32位CPU，兼作應(yīng)用程序處理器
支持USART、GPIO、IIC、PWM、ADC、SPI等接口時鐘頻率最大為160MHz
支持smart config、AirKiss一鍵網(wǎng)絡(luò)支持多個休眠模式，深休眠電流低到20uA
嵌入式LWIP協(xié)議棧
支持SDK二次開發(fā)
通用AT指令可以快速使用支持串行本地升級和遠(yuǎn)程固件升級( FOTA )
本次采用通用AT指令開發(fā)，串口通信，波特率為115200，配置模式為AP+TCP服務(wù)器。
/*****************ESP8266初始化***************** **形參：u8 *wifi_name -- 熱點名稱 ** u8 *wifi_password -- 密碼 ** u16 port -- 端口號 ** **返回：0--成功，其他值 -- 失敗 const char *AP_TCPSERVER[]= { "ATrn",//測試指令 "ATE0rn",//關(guān)閉回顯 "AT+CWMODE=2rn",//--設(shè)置為AP(熱點)模式 "AT+RSTrn",//模塊重啟 "ATE0rn",//關(guān)閉回顯 "AT+CWSAP="EPS8266_123","01234567",1,4rn", //--設(shè)置wifi信息 "AT+CIPMUX=1rn",//設(shè)置多連接 "AT+CIPSERVER=1,10rn", //--設(shè)置TCP服務(wù)器模式，端口號(0~65535) "AT+CIFSRrn"http://查詢IP地址 }; ************************************************/ u8 Esp8266_AP_TcpServer_Init(u8 *wifi_name,u8 *wifi_password,u16 port) { char buff[100]; char *p=NULL; u8 i=0; printf("1.發(fā)送測試指令rn"); if(Esp8266_SendCmdCheckStat("ATrn","OKrn"))return 1; printf("2.關(guān)回顯rn"); if(Esp8266_SendCmdCheckStat("ATE0rn","OKrn"))return 2; printf("3.設(shè)置模式rn"); if(Esp8266_SendCmdCheckStat("AT+CWMODE=2rn","OKrn"))return 3; printf("4.模塊復(fù)位rn"); if(Esp8266_SendCmdCheckStat("AT+RSTrn","OKrn"))return 4; Delay_Ms(1000); Delay_Ms(1000); printf("5.關(guān)回顯rn"); if(Esp8266_SendCmdCheckStat("ATE0rn","OKrn"))return 5; //字符串拼接 snprintf(buff,sizeof(buff),"AT+CWSAP="%s","%s",1,4rn",wifi_name,wifi_password); printf("buff:%s",buff); printf("6.設(shè)置熱點信息rn"); if(Esp8266_SendCmdCheckStat(buff,"OKrn"))return 6; printf("7.設(shè)置多連接rn"); if(Esp8266_SendCmdCheckStat("AT+CIPMUX=1rn","OKrn"))return 7; printf("8.設(shè)置端口號rn"); snprintf(buff,sizeof(buff),"AT+CIPSERVER=1,%drn",port); if(Esp8266_SendCmdCheckStat(buff,"OKrn"))return 8; printf("9.查詢IP地址rn"); if(Esp8266_SendCmdCheckStat("AT+CIFSRrn","OKrn"))return 9; /*****提取IP地址信息*/ /*usart3:+CIFSR:APIP,"192.168.4.1" +CIFSR:APMAC,"86:f3:eb:a6:be:f9" OK */ p=strstr((char *)usart3_rx_buff,"APIP"); if(p!=NULL) { p+=6; while((*p!='"') && (*p!='')) { buff[i]=*p; p++; i++; } } buff[i]=''; printf("buff:%srn",buff); strcpy((char *)esp8266_info.esp8266_ip,buff);//IP地址 strcpy((char *)esp8266_info.esp8266_name,(char *)wifi_name);//wifi名稱 strcpy((char *)esp8266_info.esp8266_key,(char *)wifi_password);//wifi密碼 esp8266_info.esp8266_prot=port; return 0; }
4.2 水位監(jiān)測傳感器
??本模塊工作電壓為5V，采用ADC方式采集液位值，原理為印刷電路板侵入水中，阻值會改變，通過測量阻值的變化來測量水位。
獲取水位值示例
u16 Get_Regular_Channelx(u16 ch)
{
ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};
sConfig.Channel=ch;//通道號
sConfig.SamplingTime=ADC_SAMPLETIME_239CYCLES_5;//采樣周期
if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK)//ADC通道初始化
{
Error_Handler();
}
HAL_ADC_Start(&hadc1);//開啟ADC
HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1,20);//等待規(guī)則通道轉(zhuǎn)換完成
return HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
}
//采集AD值，多次測量求平均值
int Get_WeatherVal()
{
u16 buffer[10];
u32 count=0;
int i=0,j=0;
u16 temp;
for(i=0;ibuffer[j+1])
{
temp=buffer[j];
buffer[j]=buffer[j+1];
buffer[j+1]=temp;
}
}
}
for(j=2;j
4.3 水泵驅(qū)動
??本次水泵選擇的是3W USB接口抽水電機，通過繼電器控制水泵啟動和關(guān)閉，配合上位機軟件和水位傳感器實時監(jiān)測水位值實現(xiàn)電機自動啟動和停止工作。低電平啟動水泵工作，高電平停止水泵工作。
#define moto_ctl_start() HAL_GPIO_WritePin(moto_clt_GPIO_Port,moto_clt_Pin,GPIO_PIN_RESET)
#define moto_ctl_stop() HAL_GPIO_WritePin(moto_clt_GPIO_Port,moto_clt_Pin,GPIO_PIN_SET)
4.4 核心控制功能
設(shè)備上電初始化WIFI，等待app連接。水位傳感器實時檢測當(dāng)前水位狀態(tài)，通過APP啟動水泵抽水，當(dāng)前水位值超過設(shè)定是閾值，則水泵自動停止工作。
板載RGB狀態(tài)指示燈。硬件電源檢測正常位紅色，WIFI工作工作則紅燈閃爍，APP連接成功則白燈閃爍，電機工作則綠燈閃爍。通過RGB燈光狀態(tài)即可得知當(dāng)前設(shè)備工作狀態(tài)。
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
if(usart1_flag)
{
usart1_rx_buff[usart1_cnt]='';
printf("rx1=%s,%drn",usart1_rx_buff,usart1_cnt);
usart1_cnt=0;
usart1_flag=0;
}
if(usart3_flag)
{
usart3_rx_buff[usart3_cnt]='';
printf("rx3=%s,%drn",usart3_rx_buff,usart3_cnt);
if(strstr((char *)usart3_rx_buff,"0,CONNECT"))
{
wifi_stat=1;//連接成功
time=0;
stat=0;
RGB_Ctl(0,0,0);
snprintf(buff,sizeof(buff),"#%d,%d,%d",0,0,threshold_val%101);
Esp8266_SendData(0,(u8*)buff);//發(fā)松數(shù)據(jù)到客戶端
}
else if(strstr((char *)usart3_rx_buff,"0,CLOSED"))
{
wifi_stat=0;//斷開連接
time=0;
stat=0;
RGB_Ctl(0,0,0);
moto_ctl_stop();
}
else if(strstr((char *)usart3_rx_buff,"motor:1"))
{
wifi_stat=2;//啟動工作
time=0;
stat=0;
RGB_Ctl(0,0,0);
moto_ctl_start();
motor_stat=1;
}
else if(strstr((char *)usart3_rx_buff,"motor:0"))
{
wifi_stat=1;//停止工作
time=0;
stat=0;
RGB_Ctl(0,0,0);
moto_ctl_stop();
motor_stat=0;
}
else if(strstr((char *)usart3_rx_buff,"max:"))//水位閾值
{
//+IPD,0,6:max:97,17
p=strstr((char *)usart3_rx_buff,"max:");
p+=strlen("max:");
threshold_val=atoi(p);
//printf("threshold_val=%drn",threshold_val);
}
usart3_cnt=0;
usart3_flag=0;
}
time++;
time2++;
time3++;
Delay_Ms(1);
if(wifi_stat==0 && time>=500)//應(yīng)用app未連接(紅燈閃爍)
{
time=0;
stat=!stat;
if(stat)
RGB_Ctl(200,0,0);
else
RGB_Ctl(0,0,0);
}
if(wifi_stat==1 && time>=500)//應(yīng)用app連接成功(白燈閃爍)
{
time=0;
stat=!stat;
if(stat)
RGB_Ctl(255,253,85);
else
RGB_Ctl(0,0,0);
}
else if(wifi_stat==2 && time>=500)//電機工作(綠燈閃爍)
{
time=0;
stat=!stat;
if(stat)
RGB_Ctl(0,255,0);
else
RGB_Ctl(0,0,0);
}
if(time3>=100)
{
time3=0;
data=Get_WeatherVal();
temp=data/3900.00*100;
//printf("data=%.2f.%drn",temp,data);
if((temp)>=threshold_val)//當(dāng)前水位值超過設(shè)定閾值，則停止電機工作
{
if(motor_stat==1)
{
time=0;
stat=0;
RGB_Ctl(0,0,0);
moto_ctl_stop();
motor_stat=0;//關(guān)閉電機
wifi_stat=1;
snprintf(buff,sizeof(buff),"#%d,%d,%d",motor_stat,threshold_val,threshold_val);
Esp8266_SendData(0,(u8*)buff);//發(fā)松數(shù)據(jù)到客戶端
time2=0;
}
}
}
if(time2>=1000 && motor_stat==1 && wifi_stat>=1)//1s上報一次當(dāng)前水位狀態(tài)，且需要再電機工作時進(jìn)行上報
{
time2=0;
snprintf(buff,sizeof(buff),"#%d,%d,%d",motor_stat,((int)temp)%101,threshold_val%101);
//printf("buff=%srn",buff);
Esp8266_SendData(0,(u8*)buff);//發(fā)松數(shù)據(jù)到客戶端
}
}
/* USER CODE END 3 */
}
審核編輯 黃宇
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