摘要：本文讲述如何实现一个智能农业大棚系统，该系统需要采集光照强度、二氧化碳浓度、温湿度等等各类参数，且可以通过微信小程序查看各类传感器采集的数据，并可通过小程序控制水泵、排气扇和光照灯营造适合农作物生长的环境。
一、本系统主要用到的元器件:
stc12c5a60s2单片机
esp8266-01s
dht11温湿度传感器
sgp30二氧化碳传感器
bh1750光照强度传感器
土壤温湿度传感器
oled显示模块
蜂鸣器
ams1117降压芯片
三极管
电阻、电容等
二、本系统的实现流程
1、传感器的数据采集
传感器是本系统的重要组成之一，传感器的数据采集关乎着整个系统运转。通过传感器，我们可以获取大棚内部的二氧化碳浓度、光照强度、温湿度、土壤湿度等数据参数，通过分析获得的数据参数有利于我们对大棚的实时管理。
比如土壤湿度传感器，其是一种常用的农业传感器，用于检测土壤中的水分含量。其工作原理基于土壤中水分对电阻的影响。当土壤中含有水分时，电阻会相应地发生变化，从而可以通过测量电阻来确定土壤的湿度。但是土壤湿度传感器的一边检测到的结果为模拟量，本文用到的主控模块为stc12c5a60s2单片机，该单片机自带adc转换器，可以将土壤湿度传感器采集的模拟量转换成数据量。
2、微信小程序设计
在本系统中，我们选用微信小程序作为整个系统的上位机，可以将采集到的数据更好的展现给用户，可供用户随时随地查看大棚内部的环境参数。因此本节主要讲解如何实现微信小程序的ui界面设计和微信小程序与巴法云平台的交互。
微信小程序的ui界面设计，主要为小程序界面设置、显示字体的样式和大小设置、获取数据的显示位置和背景图的设计等。下面是本系统的ui界面展示：
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微信小程序与巴法云交互需要的条件有：巴法云控制台的用户秘钥（详见巴法云用户手册）、连接巴法云提供的服务器（详见巴法云用户手册）、与之交互的执行函数等等。
3、自动化控制实现
除了上述两点，实现自动化控制也是本系统的重点，本系统有三个执行模块，分别为光照灯、水泵和排气扇。这三个模块可通过微信小程序发送指令进行控制，亦可通过判断大棚内部环境是否符合设置的范围内启动调节。
总的来说，本系统的实现流程可以概括为：传感器采集数据，将数据发送到微信小程序中进行显示和控制，根据预设条件自动化地控制大棚内部的设备，实现对大棚内部环境的实时监控和控制。
主控模块的部分代码：
#include "stc12c5a60s2.h"
#include "delay.h"
#include "dht11.h"
#include "sgp30.h"
#include "bh1750.h"
#include "oled.h"
#include "init.h"
#include "uart.h"
#include "main.h"
#include "string.h"
#include "soil.h"
#include "alarm.h"
uchar flag;
uchar s_flag;
uchar dis_data;
void main()
{
beep = 0;
timer0init(); //定时器初始化
uart_init(); //串口初始化
co2_init(); //sgp30模块初始化
oled_init();//oled初始化
oled_clear();//清屏
oled_show(); //显示
esp8266_connect(); //发送指令连接手机热点，同时订阅巴法云主题
while(1)
{
sendoutdh11str();//读取dht11的值
co2_get();//读取co2的值
dis_data_get();//获取光照强度的值
soil_get();//读取土壤湿度的值
all_oled_show();//显示数据
judge();
esp8266_send();//wifi上传数据函数
if(s_flag == 1)
{
prints("cmd=0&msg=ping"); //发送心跳
s_flag = 0;
}
}
}
//连接巴法云
void esp8266_connect()
{
/*模块作为服务器，模块设置为server模式，手机连接模块*/
prints("at cwjap=\"honor\",\"12345678\"\r\n");
delay_ms(6000);
delay_ms(2000);
prints("at cipmode=1\r\n"); //进入透传模式
delay_ms(200);
prints("at cipstart=\"tcp\",\"bemfa.com\",8344\r\n"); //连接巴法云的服务器
delay_ms(200);
prints("at cipsend\r\n"); //开始透传
delay_ms(200);
prints("cmd=1&uid=xxxxx&topic=led\r\n"); //订阅巴法云的主题
delay_ms(200);
prints("cmd=1&uid=xxxxx&topic=fan\r\n");
delay_ms(200);
prints("cmd=1&uid=xxxxx&topic=pump\r\n");
delay_ms(200);
prints("cmd=1&uid=xxxxx&topic=test\r\n");
delay_ms(200);
}
//通过esp8266上传数据
void esp8266_send()
{
prints("cmd=2&uid=xxxxx&topic=test&msg=#");
putnum(rh);//发送湿度数据
putchar('#');
putnum(th);//发送温度数据
putchar('#');
putnum(co2);//发送二氧化碳浓度数据
putchar('#');
putnum(dis_data);//发送光照强度数据
putchar('#');
putnum(resl);//发送土壤湿度数据
prints("\r\n");
delay_ms(2000);
}
//显示函数
void all_oled_show()
{
oled_shownum(40,0,th/10, 1, 16);
oled_shownum(50,0,th, 1, 16);
oled_shownum(110,0,(rh)/10, 1, 16);
oled_shownum(120,0,(rh), 1, 16);
oled_shownum(40,2,dis_data/1000, 1, 16);
oled_shownum(50,2,dis_data/100, 1, 16);
oled_shownum(60,2,dis_data/10, 1, 16);
oled_shownum(70,2,dis_data, 1, 16);
oled_shownum(40,4,resl/10, 1, 16);
oled_shownum(50,4,resl, 1, 16);
oled_shownum(40,6,co2/1000, 1, 16);
oled_shownum(50,6,co2/100, 1, 16);
oled_shownum(60,6,co2/10, 1, 16);
oled_shownum(70,6,co2, 1, 16);
}
?微信小程序的部分代码：
data: {
//需要修改的地方
uid:"xxxxxxx",//用户密钥，巴法云控制台获取
ledtopic:"led",//控制led的主题，创客云控制台创建
dhttopic:"test",//传输温湿度的主题，创客云控制台创建
fantopic:"fan",//控制风扇的主题
pumptopic:"pump",//控制水泵的主题
datatime:"", //记录数据上传的时间
wendu:"",//温度值，默认为空
shidu:"",//湿度值，默认为空
co2 :"",//二氧化碳浓度
guangzhao:"",//光照强度
tudi:"",//土壤湿度
client: null,//mqtt客户端，默认为空
adcode:'',
city:'',//城市
humidity:'',//湿度
province:'',//省份
reporttime:'',//发布时间
temperature:'',//实时温度
weather:'',//天气
winddirection:'',//风向
windpower:'',//风力
},
仅供参考，有不正之处勿喷。
设施农业发展作为一种新兴产业，针对设施农业发展需求，应运而生多种温室大棚类型，例如：经济适用的简易薄膜大棚、单体连栋拱棚、双层覆盖薄膜大棚、锯齿形温室大棚、多层覆盖拱棚、自动化程度比较高的智能化温控大棚等等。广源温室张经理，专注温室工程技术，服务现代农业。这些类型的温室大棚在设施农业中发光发热，被广泛应用于蔬菜、果树、花卉、中药材生产等行业。
标准化的连栋薄膜温室系统配备湿帘风机系统，顶部喷淋系统、强制降温系统、电动内外遮阳、自动化水肥一体化设施、电动开窗系统等。此外，大型农业公司，现代农业园区示范园基地还配备物联网系统、解放双手，完全实现智能化操控。智能温室最大的好处莫过于智能化控温控湿，通过传感器探头感应，更利于机械化操作，可实现全年生产。
智能温室也是在近几年进入到了人民的视野当中，相对于温室大棚来说,智能化温室大棚能够节约水资源、节约肥料并减少肥料对环境和土壤的破坏,同时由于精准、智能地控制植物生长的环境因素,因而能够为农民带来更多的收成从而增加他们的收入。
智能化温室大棚的缺点是高额的造价使得无数的农民望而却步,同时现有智能化温室大棚对于操作方面具有较高的要求,这也致使一些能够负担起智能温室大棚的农民无法享受到这项技术。
温室大棚作为农业常规性建筑，打破了传统露地种植，让作物在冬季依旧可以正常上市，广泛用于种植水果、花卉、菌类等作物，一定程度上提高了农业从事者的收入，也丰富了国民的餐桌。
传统温室大棚的管理以人力为导向，无论是大型园区、还是个体经营户，温室管理都是离不开人的，每年在人工上会耗费大量成本。以50座大棚的小型园区为例，大概需要10-12个人来对大棚的棉被、风口进行日常管理操作，无论是晴天还是雨雪天气，都需要时刻蹲守在大棚现场，对人力有着极强的依赖性，造成园区人力开支占比高。
如何节省人力，在智慧农业出现后，似乎有了解决方式，那就是智慧农业大棚控制系统。所谓的智慧农业大棚控制系统，基于物联网、无线通讯等现代化技术发展而来，是针对设施化温室大棚的应用场景，利用大量气象类传感器，24小时获取大棚环境参数，无线传输到管理云平台上，以手动控制智能控制柜，或远程、自动在云平台上调控通风机、卷帘机、补光灯等设备，调整大棚环境。由原来的机械式升级到现在的手机、电脑端管控，用数据来决定各智能化设施的运行。同时，具备视频监控、历史数据查询、账号管理、逻辑控制、自动报警、功能拓展、二次开发等功能，完善大棚种植计划的优化与调整。
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应用了智慧农业大棚控制系统，当棚外温度明显低于棚内时，控制放风机实现自动放风。另外，棚内两侧薄膜表面也向外传热降温，使大棚边际地面形成低温带，因此冬春季节在塑料大棚两侧加挂米左右高度的裙膜，可提高边际地面温度。这对于冬季棚内育苗和特早熟栽培效果尤为显著。
很大程度减轻了人工和大棚种植问题，实现了云平台一次设置，即可对大棚实时实现远程及自动控制。棉被会每天定时定点，在早上08:00自动卷起，17:00日落前自动铺开，并根据气象环境监测系统的监测信息，实时提醒管理者关注大棚的运行情况。
风口会根据设定的温度阀值实现自动开合，温度高于设定的阀值风口自动打开，温度低于设定的阀值风口自动关闭，真正替代人工实现了全自动智能棚，解决了双手留出时间来做其他事情。
例如，智能设备就是为北方冬暖室种植暖棚研发的一款自动化设备，将人工去现场卷帘子，人工放风、人工浇水，人工补光等现场工作给取代，出门只需带着手机实时掌控大棚棉被运行情况，系统实时发送预警通知，出现异常情况立即报警做出应急处理，安全可靠。
以种植生产、科研实验、观光旅游、休闲娱乐等为生产目的的薄膜大棚、玻璃温室、阳光板独栋大棚、连栋温室等温室大棚，均可应用智慧农业大棚控制系统。安装部署好传感器等硬件设备后，结合种植经验，设定好大棚管理策略，也就是什么情况下增温降温、补光、通风、施肥浇水等，具体量化到每0.1℃、1ppm，大大节省了人力，后期管理只需一人一键管控所有大棚的运行状态及数据分析。
发展智慧农业，有效节省劳动力，适用于农村合作社、个人基地、大型项目等大型基地，发展建设集约化、数字化、智能化的现代化智能园区。
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