文/李江勇 紀(jì)力堯 林曉智

1 硬件結(jié)構(gòu)

1.1 主控芯片及數(shù)據(jù)顯示

采用性能高、功耗低的32位微控制器STM32F429作為主控芯片，主頻高達(dá)180MHz，能夠進(jìn)行比較高速的運算，使其能和物聯(lián)網(wǎng)模塊進(jìn)行即時通訊，減少數(shù)據(jù)丟包的可能。數(shù)據(jù)顯示采用TFTLCD電容觸摸屏，該觸摸屏屏幕分辨率為800*480，16位真彩顯示，采用NT35510驅(qū)動，無需外加驅(qū)動器，可直接連接單片機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，屏幕刷新速度可達(dá)78.9幀/秒。如圖1所示。

1.2 ESP8266_12F WIFI芯片

該模塊核心處理器ESP8266在較小尺寸封裝中集成了業(yè)界領(lǐng)先的Tensilica L106超低功耗32位微型MCU，帶有16位精簡模式，主頻支持80 MHz和160 MHz，支持RTOS，集成Wi-Fi MAC/BB/RF/PA/LNA板載天線。

1.3 前屈伸臂式大棚卷簾機(jī)構(gòu)

在進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，采用獨特的前屈伸臂式卷簾機(jī)進(jìn)行對卷簾的驅(qū)動，由變速箱和電動機(jī)，卷桿和支架三大部分組成，作業(yè)原理是經(jīng)過主機(jī)轉(zhuǎn)動卷桿，卷桿直接拉動草苫或保溫被，而且拉放均有動力支撐，市場運用廣泛。如圖2所示。

1.4 多點放風(fēng)機(jī)構(gòu)

放風(fēng)機(jī)構(gòu)目前棚戶大多使用拉線式放風(fēng)，需要人不斷查看棚內(nèi)的溫度以進(jìn)行大棚放風(fēng)機(jī)構(gòu)的拉開與關(guān)閉，而且放風(fēng)機(jī)構(gòu)是一體的。本設(shè)備的放風(fēng)機(jī)構(gòu)采用同步帶傳動帶動風(fēng)口動作，方便快捷，設(shè)有兩處放風(fēng)口，當(dāng)棚內(nèi)某點溫度過高時，可只開啟其中一個放風(fēng)口進(jìn)行通風(fēng)降溫，而另一處則不用開啟，當(dāng)達(dá)到棚內(nèi)溫度設(shè)定值時自動關(guān)閉放風(fēng)口或者手機(jī)APP操作關(guān)閉，多點的放風(fēng)機(jī)構(gòu)可有效的控制大棚溫度。設(shè)備整體效果圖如圖3所示。

1.5 多點溫度采集

目前大棚溫度單點采集過于落后，所謂單點采集，就是將ds18b20的DQ與單片機(jī)的一個管腳相連，而多點采集就是將多個ds18b20并聯(lián)，因為每個ds18b20都有一個獨特的64位序列號，從而允許多個ds18b20同時連在一根單總線上。單片機(jī)依靠每個溫度傳感器獨有的64位片序列號辨認(rèn)總線上的器件，根據(jù)序列號分別進(jìn)行采集，匹配序列號的程序如 下：void Match_rom(u8 a)//匹 配ROM{u8 j;DS18B20_Write_Byte(0x55);

if(a==1){for(j=0;j<8;j++) D S 1 8 B 2 0_Write_Byte(ROM1[j]);}

if(a==2){for(j=0;j<8;j++) D S 1 8 B 2 0_Write_Byte(ROM2[j]);}

if(a==3){for(j=0;j<8;j++) D S 1 8 B 2 0_Write_Byte(ROM3[j]);}}

1.6 PID恒溫及網(wǎng)絡(luò)攝像頭

有效的控制大棚溫度對植物的生長是極其重要的，故采用PID恒溫方式控制執(zhí)行器件電熱絲進(jìn)行對大棚溫度的控制，本設(shè)備可在手機(jī)APP界面進(jìn)行溫度設(shè)置。

本設(shè)備裝有網(wǎng)絡(luò)攝像頭，可通過手機(jī)APP查看大棚的狀態(tài)，攝像頭亦采用物聯(lián)網(wǎng)模式，可不受距離限制，隨時隨地查看，真正實現(xiàn)智能化農(nóng)業(yè)。如圖4所示。

1.7 供電方式

考慮到制作的為大棚模型，為方便搬運以及不用市電供電，本設(shè)備的供電方式采用的是12V蓄電池供電。當(dāng)本設(shè)備應(yīng)用于實際大棚時，可采用市電220V轉(zhuǎn)12V的60W的開關(guān)電源供電，安全可靠。

2 軟件設(shè)計

2.1 設(shè)備與機(jī)智云數(shù)據(jù)交互流程

使用移植機(jī)智云GAgent的Wi-Fi模組建立橋梁，使本設(shè)備的數(shù)據(jù)與機(jī)智云互聯(lián)互通。設(shè)備與機(jī)智云數(shù)據(jù)交互的基本數(shù)據(jù)流如圖5。

2.2 Wi-Fi模塊傳輸協(xié)議處理

圖1：硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

圖2：前屈伸臂式卷簾機(jī)

圖3：整體效果圖

Wi-Fi芯片與STM32的通訊方式為UART，波特率為9600。傳輸字節(jié)序采用大端編碼，即高字節(jié)在前，低字節(jié)在后，通訊的交互形式采用一問一答，即每條命令需要由接收方給出ACK應(yīng)答確認(rèn)信息，超時時間為200ms，超時后重發(fā)該命令，發(fā)送3次后不再嘗試發(fā)送，丟棄該包數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)指令由包頭（2B）、包長度（2B）、命令（1B）、包序號（1B）、Flags(2B)、有效負(fù)載以及校驗和（1B）組成。發(fā)送通用協(xié)議消息數(shù)據(jù)程序如下：

圖4：手機(jī)界面顯示

2.3 電機(jī)驅(qū)動電路及程序控制

本設(shè)備大棚卷簾機(jī)的驅(qū)動電機(jī)采用的為直流減速電機(jī)，通過控制兩個端口的信號輸入，則可控制大棚卷簾機(jī)的打開與關(guān)閉。電路設(shè)計如圖6，其驅(qū)動程序如下：

圖5：數(shù)據(jù)流程圖

圖6：電機(jī)驅(qū)動電路

3 結(jié)語

本文所要制作的設(shè)備是在大棚發(fā)展過程中與現(xiàn)實科技相結(jié)合的成果。在越來越智能化，信息化的今天，大棚的物聯(lián)網(wǎng)時代逐漸進(jìn)入人們的視線，在經(jīng)過多次實地調(diào)研后，加入了上述的功能，以后根據(jù)實際產(chǎn)生的問題，可進(jìn)一步加入到本設(shè)備中，具有二次開發(fā)能力，真正實現(xiàn)大棚物聯(lián)網(wǎng)時代的開發(fā)與應(yīng)用。本設(shè)備在制作過程中，得到了濰坊科技學(xué)院張建明老師的大力支持，在此表示感謝。