智慧灌溉平臺(tái)

1.知識(shí)百科

智慧灌溉是運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)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(shí)際需求，通過傳感器采集土壤溫濕度、光照強(qiáng)度等信息，利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街醒?a href="http://www.ttokpm.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(jì)算機(jī)組成；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，通過自動(dòng)感知環(huán)境信息（溫度、濕度），實(shí)時(shí)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(tái)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(cè)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(cè)傳感器設(shè)備。

水泵

應(yīng)用APP

3.硬件設(shè)計(jì)

4.軟件設(shè)計(jì)

??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(shí)現(xiàn)，5V轉(zhuǎn)3.3V則采用AMS1117-3.3實(shí)現(xiàn)。軟件設(shè)計(jì)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(cè)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(dòng)

??ESP8266系列無線模塊是一個(gè)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(dú)立的網(wǎng)絡(luò)控制器。

支持STA、AP、STA+AP動(dòng)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(shí)鐘頻率最大為160MHz

支持smart config、AirKiss一鍵網(wǎng)絡(luò)支持多個(gè)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(jí)和遠(yuǎn)程固件升級(jí)( 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(diǎn)名稱
**			u8 *wifi_password  -- 密碼
**			u16 port           -- 端口號(hào)
**
**返回：0--成功，其他值 -- 失敗
const char *AP_TCPSERVER[]=
{
	"ATrn",//測(cè)試指令
	"ATE0rn",//關(guān)閉回顯
	"AT+CWMODE=2rn",//--設(shè)置為AP(熱點(diǎn))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(hào)(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(cè)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(diǎn)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(hào)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(cè)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(huì)改變，通過測(cè)量阻值的變化來測(cè)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(hào)

	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(cè)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(dòng)

	??本次水泵選擇的是3W USB接口抽水電機(jī)，通過繼電器控制水泵啟動(dòng)和關(guān)閉，配合上位機(jī)軟件和水位傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水位值實(shí)現(xiàn)電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)和停止工作。低電平啟動(dòng)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(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前水位狀態(tài)，通過APP啟動(dòng)水泵抽水，當(dāng)前水位值超過設(shè)定是閾值，則水泵自動(dòng)停止工作。

	  板載RGB狀態(tài)指示燈。硬件電源檢測(cè)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(jī)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(dòng)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(jī)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(jī)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(jī)
					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(bào)一次當(dāng)前水位狀態(tài)，且需要再電機(jī)工作時(shí)進(jìn)行上報(bào)
		{
			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