01概述

1.1 背景

農(nóng)業(yè)環(huán)境與農(nóng)作物的生長狀況是相互影響的，所以對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)調(diào)整有關(guān)環(huán)境參數(shù)，能夠有力促進(jìn)農(nóng)作物增產(chǎn)增收。農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)采用各種智能化和高效率的現(xiàn)代信息技術(shù)，來采集、傳輸、存儲(chǔ)、查詢并分析農(nóng)業(yè)的環(huán)境信息，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)指導(dǎo)。水稻是我國主要糧食作物之一，其種植面積和產(chǎn)量都位居世界第一，在中國糧食結(jié)構(gòu)中處于舉足輕重的地位。稻田環(huán)境信息的及時(shí)準(zhǔn)確采集，對(duì)提高其產(chǎn)量和效益都起著至關(guān)重要的作用。為實(shí)現(xiàn)稻田環(huán)境信息監(jiān)測(cè)，本作品以龍芯 2K1000 為核心，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于 RT-Thread 的稻田環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1.2 軟硬件方案

本作品由終端節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、2K1000 通訊網(wǎng)關(guān)、云服務(wù)器以及上位機(jī)五部分組成。終端節(jié)點(diǎn)以 CC2530 為核心通過傳感器采集稻田溫濕度與光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)信息并通過 ZigBee協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)至協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器接收到數(shù)據(jù)后通過串口把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給 2K1000 通訊網(wǎng)關(guān)，2K1000 通訊網(wǎng)關(guān)完成數(shù)據(jù)匯總，解析，打包，并通過 GPRS 上傳數(shù)據(jù)至云服務(wù)器，上位機(jī)部分接收云端返回?cái)?shù)據(jù)并進(jìn)行本地顯示。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示。

1.2.1 硬件方案

本作品以終端節(jié)點(diǎn)為基礎(chǔ)采集稻田環(huán)境信息并通過 ZigBee 協(xié)議傳輸至 ZigBee 協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器通過串口把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給 2K1000 通訊網(wǎng)關(guān)，2K1000 通訊網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯總，解析，打包，并通過 GPRS 上傳數(shù)據(jù)至云服務(wù)器，上位機(jī)部分接收云端返回?cái)?shù)據(jù)并進(jìn)行本地顯示，最終實(shí)現(xiàn)稻田環(huán)境信息監(jiān)測(cè)。

1.2.2 軟件方案

本作品以 RT-Thread 物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以龍芯 2K1000 為核心，實(shí)現(xiàn)終端節(jié)點(diǎn)采集信息數(shù)據(jù)匯總，解析，打包，并通過 GPRS 上傳數(shù)據(jù)至云服務(wù)器，最后與上位機(jī)顯示數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)稻田環(huán)境信息無線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

1.3 實(shí)現(xiàn)功能

1） 終端節(jié)點(diǎn)通過 SHT20 和 MAX44009 分別采集稻田溫濕度和光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)，并通過ZigBee 網(wǎng)絡(luò)上傳數(shù)據(jù)。

2） 設(shè)計(jì)了基于龍芯 2K1000 處理器設(shè)計(jì)通訊控制器(網(wǎng)關(guān))。

3） 基于 RT-Thread 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，完成田間測(cè)量數(shù)據(jù)匯總，解析，打包，并通過 GPRS上傳數(shù)據(jù)至云服務(wù)器

4） 設(shè)計(jì)上位機(jī)界面實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可查可看。

02

RT-Thread 使用情況概述

本作品采用 RT-Thread 物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)進(jìn)行管理和調(diào)度，控制系統(tǒng)完成設(shè)計(jì)功能。

（1）內(nèi)核部分

本作品使用了龍芯 2K1000 的串口驅(qū)動(dòng)以及 GPIO 驅(qū)動(dòng)。

03

硬件框架

本作品以龍芯 2k Lite 開發(fā)板教育派為核心，通過杜邦線外接 ZigBee 協(xié)調(diào)器和 GPRS 通信模塊，實(shí)現(xiàn)硬件功能。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖 2 所示。

作品核心板為龍芯 2k lite 開發(fā)板教育派，其系統(tǒng)實(shí)物如圖 3 所示。

04

軟件框架說明

本作品由 3 大部分組成，各部分軟件流程圖如圖 5、圖 6 及圖 7 所示。

05

軟件模塊說明

（1）環(huán)境信息采集

本作品終端節(jié)點(diǎn)以 CC2530 為核心，通過 IIC 分別讀取 SHT20 和 MAX44009 的溫濕度數(shù)據(jù)和光照數(shù)據(jù)，讀取完數(shù)據(jù)后，把以圖 8 的數(shù)據(jù)格式打包并通過 ZigBee 發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。

（2）協(xié)調(diào)器數(shù)據(jù)接收與轉(zhuǎn)發(fā)

本作品的協(xié)調(diào)器用于建立 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)、接收終端節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)信息以及轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。每次接收并校驗(yàn)數(shù)據(jù)通過后，協(xié)調(diào)器通過串口轉(zhuǎn)發(fā)終端節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)信息至 2K1000 通訊網(wǎng)關(guān)。

（3）GPRS 通信

2K1000 通訊網(wǎng)關(guān)收集并打包完成 3 個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息后，通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送給 GPRS模塊上傳至云服務(wù)器。

（4）數(shù)據(jù)上傳指示燈

當(dāng)有一包數(shù)據(jù)上傳至云服務(wù)器后，外接燈珠閃爍 1 秒。

06

演示效果

07

代碼地址

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原文標(biāo)題：【RT-Thread 開源作品秀】稻田環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

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