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MicroPython智慧農業大棚監測控制系統程序設計

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             智慧農業就是將物聯網技術運用到傳統農業中去，運用傳感器和軟件通過移動平臺或者電腦平臺對農業生產進行控制，使傳統農業更具有“智慧”。除了精準感知、控制與決策管理外，從廣泛意義上講，智慧農業還包括農業電子商務、食品溯源防偽、農業休閑旅游、農業信息服務等方面的內容。
              智慧農業是農業生產的高級階段，是集新興的互聯網、移動互聯網、云計算和物聯網技術為一體，依托部署在農業生產現場的各種傳感節點（環境溫濕度、土壤水分、二氧化碳、圖像等）和無線通信網絡實現農業生產環境的智能感知、智能預警、智能決策、智能分析、專家在線指導，為農業生產提供精準化種植、可視化管理、智能化決策。
              本次實驗以大棚監測控制系統為目標，使用TPYBoardv102開發板、各種傳感器、電機等，實現一個智能大棚監測控制系統的基礎模型。
系統主要的技術特點：
  • 監控功能系統：根據各類傳感器來獲取植物生長的環境信息，如監測土壤水分、空氣溫度、空氣濕度、光照強度等參數（大家可根據自己的需求，增加其他參數，如二氧化塘、土壤溫度等）。
  • 自動控制系統：TPYBoardv102開發板作為主控模塊，負責各個環境信息的收集與匯總，并根據以上各類信息的反饋對農業大棚內進行自動灌溉、自動降溫、自動卷遮光罩等自動控制。
所需器件
名稱
數量
TPYBoard v102開發板
1個
miniUSB數據線
1條
DHT11溫濕度模塊
1個
土壤濕度檢測模塊
1個
光敏模塊
1個
繼電器
2個
降壓模塊（AMS117-5V）
1個
按鍵開關
1個
18650電池
2節
18650電池盒
1個
步進電機+驅動板
1套
迷你抽水泵（5V）
1個
USB小風扇（5V）
1個
USB座，杜邦線、排針、排母
若干
洞洞板（9*15cm）
2個
PVC軟水管
1個

實物圖：（部分主要器件）

程序設計
（1）獲取溫濕度數據，當溫度高于閾值時，觸發繼電器，打開排風扇，反之關閉；
（2）獲取土壤濕度數據，當濕度低于土壤濕度檢測模塊的閾值時，土壤濕度檢測模塊的OUT引腳會輸出高電平，這時觸發繼電器，啟動水泵進行灌溉；
（3）獲取光照強度數據，當光照強度高于閾值時，觸發步進電機，卷起遮光罩，反之蓋上。
實物連接
              先連接電源部分。電源部分主要涉及到降壓模塊和按鍵開關。先用萬用表，找出按鍵開關中哪兩個引腳是按下導通，彈起不導通的。這里，我們假設為引腳A和引腳B。



各類器件沒有固定，看起來有點亂。接下來，用熱熔膠把器件整齊的固定在洞洞板上。

本次我用步進電機來模塊遮光罩的卷起和放開。為了能明顯的看到步進電機的轉動效果，我在步進電機上粘了一個塑料小風扇。
還有一處地方，就是降壓模塊的OUT輸出電源要接到開發板上，用于給其供電。整體效果如下圖：
程序調試
              接線完畢后，就要將最重要的程序放到開發板上。首先，通過USB數據線將開發板接入電腦，電腦上會出現一個類似U盤的可移動設備，名稱為【TPYBFLASH】，把程序拷貝到里面即可。
              注意：操作開發板磁盤時，板載的紅色LED會亮，說明開發板正在保存操作，需等待紅燈熄滅再進行其他操作。

演示效果
              程序調試完，拔掉USB數據線。放入18650電池，按下按鍵開關即可。不同的環境下，土壤濕度和光照模塊需要調節靈敏度（轉換模塊上的藍色按鈕）。

源程序如下:
  1. Dht11.py:
  2. import pyb
  3. from pyb import UART
  4. from pyb import Pin,delay,udelay
  5. import time
  6. class DHT11:
  7.     def __init__(self,pin_name):
  8.         time.sleep(1)
  9.         self.N1 = Pin(pin_name, Pin.OUT_PP)
  10.         self.PinName=pin_name
  11.         pyb.delay(10)
  12.     def read_data(self):
  13.         self.__init__(self.PinName)
  14.         data=[]
  15.         j=0
  16.         N1=self.N1
  17.         N1.low()
  18.         delay(20)
  19.         N1.high()
  20.         N1 = Pin(self.PinName, Pin.IN)
  21.         udelay(30)
  22.         if N1.value() != 0:
  23.             return [0,0]
  24.         while N1.value()==0:
  25.             continue
  26.         while N1.value()==1:
  27.             continue
  28.         while j<40:
  29.             k=0
  30.             while N1.value()==0:
  31.                 continue
  32.             while N1.value()==1:
  33.                 k+=1
  34.                 if k>100:break
  35.             if k<3:
  36.                 data.append(0)
  37.             else:
  38.                 data.append(1)
  39.             j=j+1
  40.         print('Sensor is working')
  41.         j=0
  42.         humidity_bit=data[0:8]
  43.         humidity_point_bit=data[8:16]
  44.         temperature_bit=data[16:24]
  45.         temperature_point_bit=data[24:32]
  46.         check_bit=data[32:40]
  47.         humidity=0
  48.         humidity_point=0
  49.         temperature=0
  50.         temperature_point=0
  51.         check=0
  52.         for i in range(8):
  53.             humidity+=humidity_bit[i]*2**(7-i)
  54.             humidity_point+=humidity_point_bit[i]*2**(7-i)
  55.             temperature+=temperature_bit[i]*2**(7-i)
  56.             temperature_point+=temperature_point_bit[i]*2**(7-i)
  57.             check+=check_bit[i]*2**(7-i)
  58.         tmp=humidity+humidity_point+temperature+temperature_point
  59.         if check==tmp:
  60.             print('temperature is',temperature,'-wet is',humidity,'%')
  61.         else:
  62.             print('Error:',humidity,humidity_point,temperature,temperature_point,check)
  63.         return [str(temperature),str(humidity)]


  66. # main.py
  67. import pyb
  68. from pyb import Pin

  70. Pin_All=[Pin(p,Pin.OUT_PP) for p in ['X1','X2','X3','X4']]
  71. STEPER_ROUND=512 #轉動一圈(360度)的周期
  72. ANGLE_PER_ROUND=STEPER_ROUND/360 #轉動1度的周期

  74. class SteperMotor():

  76.     def __init__(self,pin = None,speed=2):
  77.         if pin != None:
  78.             self.Pins = pin
  79.         else:
  80.             self.Pins = Pin_All
  81.         self.Speed =  speed
  82.     #私有方法
  83.     def __SteperWriteData(self,data):
  84.         count=0
  85.         for i in data:
  86.             self.Pins[count].value(i)
  87.             count+=1
  88.     def __SteperFrontTurn(self):
  89.         speed = self.Speed
  90.         
  91.         self.__SteperWriteData([1,1,0,0])
  92.         pyb.delay(speed)

  94.         self.__SteperWriteData([0,1,1,0])
  95.         pyb.delay(speed)

  97.         self.__SteperWriteData([0,0,1,1])
  98.         pyb.delay(speed)

  100.         self.__SteperWriteData([1,0,0,1])   
  101.         pyb.delay(speed)
  102.         
  103.     def __SteperBackTurn(self):
  104.         speed = self.Speed
  105.         
  106.         self.__SteperWriteData([1,1,0,0])
  107.         pyb.delay(speed)
  108.         
  109.         self.__SteperWriteData([1,0,0,1])   
  110.         pyb.delay(speed)

  112.         self.__SteperWriteData([0,0,1,1])
  113.         pyb.delay(speed)

  115.         self.__SteperWriteData([0,1,1,0])
  116.         pyb.delay(speed)


  119.     def __SteperStop(self):
  120.         self.__SteperWriteData([0,0,0,0])
  121.         
  122.     def steperRun(self,angle):
  123.         val=ANGLE_PER_ROUND*abs(angle)
  124.         if(angle>0):
  125.             for i in range(0,val):
  126.                 self.__SteperFrontTurn()
  127.         else:
  128.             for i in range(0,val):
  129.                 self.__SteperBackTurn()
  130.         angle = 0
  131.         self.__SteperStop()

  133. 溫濕度main:
  134. from pyb import Pin
  135. from pyb import ADC
  136. from stepermotor import SteperMotor
  137. from dht11 import DHT11

  139. #0:亮 1:暗
  140. light = Pin('X22',Pin.IN)
  141. #0:濕 1:干
  142. hum = Pin('Y11',Pin.IN)
  143. dht = DHT11('Y12')
  144. #繼電器低電平觸發
  145. water = Pin('X12',Pin.OUT_PP)
  146. fan = Pin('X11',Pin.OUT_PP)
  147. water.value(1)
  148. fan.value(1)
  149. #步進電機
  150. Pin_All=[Pin(p,Pin.OUT_PP) for p in ['X21','X20','X19','X18']]
  151. #轉速(ms) 數值越大轉速越慢 最小值2ms
  152. sm = SteperMotor(pin = Pin_All,speed=2)
  153. hood = False #記錄遮光罩的狀態，默認是關閉
  154. def readTaHData():
  155.     DATA = dht.read_data()#讀取溫濕度的值
  156.     print(DATA[0],'℃')
  157.     print(DATA[1],'%')
  158.     #溫度大于25度，打開風扇，進行通風
  159.     if int(DATA[0]) > 21:
  160.         fan.value(0)
  161.     else:
  162.         fan.value(1)
  163. if __name__ == '__main__':
  164.     while True:
  165.         readTaHData()
  166.         h_d = hum.value()
  167.         print('hum:',h_d)
  168.         if h_d:
  169.             #土壤較干，打開抽水泵進行澆水
  170.             water.value(0)
  171.         else:
  172.             #土壤較濕，關閉抽水泵停止澆水
  173.             water.value(1)
  174.         l_d = light.value()
  175.         print('light:',l_d)
  176.         if l_d:
  177.             #光線較暗，啟動步進電機，關閉大棚的遮光罩
  178.             if hood:
  179.                 sm.steperRun(-360)
  180.                 sm.steperRun(-360)
  181.                 hood = False
  182.         else:
  183.             #光線較亮，啟動步進電機，打開大棚的遮光罩
  184.             if not hood:
  185.                 sm.steperRun(360)
  186.                 sm.steperRun(360)
  187.                 hood = True
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沙發
ID:754188 發表于 2020-5-17 18:10 | 只看該作者
不錯！小型控制器，也算是智慧農業起步
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板凳
ID:402344 發表于 2020-5-30 15:51 | 只看該作者
國家就是需要你這樣的人才666
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