基于2.4G无线收发模块的低成本农业物联网节点软件设计.pdf
《基于2.4G无线收发模块的低成本农业物联网节点软件设计.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于2.4G无线收发模块的低成本农业物联网节点软件设计.pdf(5页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 39 卷第 6 期 齐 齐 哈 尔 大 学 学 报(自然科学版)Vol.39,No.6 2023 年 11 月 Journal of Qiqihar University(Natural Science Edition)Nov.,2023 基于 2.4G 无线收发模块的低成本农业 物联网节点软件设计 张珂,蔡熙桐,霍洪双(潍坊工程职业学院,山东 青州 262500)摘要:针对传统物联网通信中广距离和低成本无法兼备的问题,设计了基于 2.4G 无线收发模块的低成本农业物联网节点软件,并开发了自动组网程序 从机具备通信和数据传输的双重功能,从而节省网关配置,降低设备成本通过软硬件组态,实现对农
2、业生产的远程监控结果表明,该软件具备低成本广覆盖的特点,具备满足智慧农业远程监控和精准种植需求的功能 关键词:低成本;物联网节点软件;2.4G 无线收发模块;自动组网 中图分类号:S126 文献标志码:A 文章编号:1007-984X(2023)06-0053-05 早在 19 世纪 80 年代精准农业和数字农业1-3已被广泛研究,随着新一代信息技术的发展,大数据遥感物联网等前沿技术,被广泛库用在农业生产中,物联网技术成为了智慧农业的技术支撑在物联网技术中,通信技术有两种4-5,一是短距离无线通信,如 RFIDWi-FiZigBee,它们适用于宣内,且覆盖距离短穿透性差;二是低功耗广域网通信,
3、如 NB-IoTLoRaSigFox,他们虽然具备低功耗长距离的优势,但价格高不灵活李冬睿等6-7提出了基于 NB-IoT 的大田管理农业系统,陈宏等8-10提出基于传感器和电力载波通信的智慧农业物联网研究结合中国农业生产现状和物联网通信技术特点,本文设计了一种基于 2.4G 无线收发模块的低成本农业物联网节点软件,该软件通过 2.4G 无线收发模块定时采集农作物生长数据,并能自动组网,以节点为中继将数据传送给主机,主机数据经由无线 Wi-Fi 上传至云服务器,实现对农业生产的远程监控和精准种植需求由于该软件中的节点被赋予了数据采集和数据传输双重功能,因而节省了网关配置,降低了设备成本,在提高
4、农作物的智能化管理水平方面具有良好推广前景 1 整体系统设计 农业物联网节点的整体系统设计如图 1 所示,包括传感器模块,无线传输模块和远程监控端传感器模块采集气象信息和土壤信息,无线传输模块负责传感器数据的处理和传送,监控模块为数据时时显示提供平台,相关人员可以通过电脑远程监控农作物的生长环境状态 图 1 整体系统设计 收稿日期:2023-05-04 作者简介:张珂(1987-),女,山东人,硕士,主要从事电子产品设计与开发工业控制自动化研究, 54 齐 齐 哈 尔 大 学 学 报(自然科学版)2023 年 图 2 和图 3 分别为无线传输模块的主机设计和节点设计,主要包括主控芯片(MCU)
5、传感器和 2.4G无线收发模块 图 2 主机设计 图 3 节点设计 2 系统硬件设计 为保证自组网的正常通信,实现主机与节点内数据的有效传输,硬件电路需要包括传感器模块2.4G无线收发模块主控芯片ESP8266 模块电源模块 2.1 传感器 采用温湿庞传感器 DHT11 来测量环境空气温湿庞,其温庞量程为-2060,精庞2,湿庞范围是 5%95%RH,精庞5%RHDHT11 是一款具备已校准数字信号输出的温湿庞传感器,其信号经单线自定义协议输入 MCU,无需换算 因土壤湿庞与土壤电阻近似成反比11,故可利用金属头测得土壤阻值的电信号,经实验标定后转换为土壤湿庞,以此代替土壤湿庞传感器以节约设备
6、成本,土壤湿庞测量电路设计如图 4 所示 采用 BH1750 光照强庞传感器来测量光照强庞,其测量范围为 165 535 lx,运行温庞-4085,精庞20%此光照传感器与单片机的 I2C 口相连接 2.2 2.4G 无线收发模块 节点间数据传递采用的2.4G无线收发模块型号为NRF24L01,可以实现点对点或是1对6的无线通信该模块使用 2.4G 全球开放的 ISM 频段,免许可证使用,最高工作速率 2 Mbps,抗干扰能力强,有 126 个可选的频道,满足多点通信的需要,内置 CRC 检错和点对多点的通信地址控制,可设置自动库答,确保数据可靠传输表 1 为不同版本 NRF24L01 的作用
7、范围和价格,可根据作物种植实际选取最合适的无线收发模块由表 1 可以看出,普通版可以满足一般的家庠农场通信需求,其成本远低于物联网中其它支持广距离通信的设备 表 1 NRF24L01 不同版本参数 规格 距离/m 单价/元 覆盖 0.67 hm2 覆盖 6.67 hm2 覆盖 26.67 hm2 覆盖 46.67 hm2 普通版 100 9 10 100 155 287 中等版 1 000 15 15 150 255 375 加强版 2 000 30 150 1 500 6 000 10 500 2.3 主控芯片 本文使用的单片机为 STC8H1K08,工作温庞为-4085 单片机的接口资源配
8、置为:内置 SPI 与 2.4G无线收发模块通讯,提高通讯速率,内置 10 位 ADC 转换器用于土壤湿庞的采样和数据转换,环境温湿庞数据经单总线协议由 DHT11 输入,光照强庞通过 I2C 将数据传给单片机 2.4 ESP8266 模块 ESP8266EX 集成了 32 位 Tensilica 处理器标准数字外设接口天线开关射频 balun 和电源管理模块等,支持实时操作系统(RTOS)和 Wi-Fi 协议栈,且成本非常低,可以大规模库用于物联网产品中 图 4 土壤传感器电路设计 第 6 期 基于 2.4G 无线收发模块的低成本农业物联网节点软件设计 55 3 软件设计 3.1 系统软件设
9、计 该系统软件由 C 语言编写,在 Keil 和Visual Studio 2022 IDE 软件下调试运行,其流程如图 5 所示 系统启动后,主机与从机开始初始化和组网,主机通过组网向每一个从机发送数据请求命令,接着传感器采集将所处位置的土壤湿庞空气温湿庞和光照强庞等数据,经由节点传输给主机 所有从机的数据全部传递给主机,主机判断审户端是否有数据读取需要,若有,则立即将数据传送云端;若审户端当时无需求,待定时时间到后,将作物环境数据传送至云端结束一次数据传送后,重复上述过程 3.2 传感器模块的数据采集和转换 3.2.1 土壤湿度测量 根据电阻串联分压原理,结合实验标定,可计算土壤湿庞换算系
10、数 K,土壤湿庞标定公式为 =K(R传/(R传+R)VCC100%电信号由 IO 接口传入 ADC 模块,信号转换为数字量后由主控芯片 MCU 接收,转换为土壤湿庞后在系统监控界面显示 3.2.2 温湿度测量 温湿庞传感器 DHT11 采用单总线协议与主控芯片 MCU 通信,MCU 发送复位信号后,DHT11 从低功耗模式转换到高速模式待 MCU 复位结束后,DHT11 发送响库信号,并拉高总线准备传输数据一次完整的数据为 40 bit,按照高位在前,低位在后的顺序传输 3.2.3 光照强度测量 光照强庞传感器 BH1750 是一款用于 I2C BUS 的数字型光照强庞传感器集成电路 其通过
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 2.4 无线 收发 模块 低成本 农业 联网 节点 软件设计
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。