为了解决传统农业温室大棚生产管理效率低、智能化程度不高等问题，通过总结目前农业现代化的发展状况，分析具体使用方案和开发平台，由开发者以农业温室大棚内生长的农作物为研究对象，综合温室环境对农作物生长影响分析，设计研发一套温室大棚环境参数检测、远程监测控制、现场环境智能调节的智慧农业管理系统。

通过布置于农业现场的各传感器采集空气温度、空气湿度、光照强度、土壤湿度等环境参数。一方面，支持用户通过电脑客户端、手机 APP 实时监测农作物生长环境，并远程控制温室大棚进行灌溉、通风、遮光、采光等。另一方面，根据农作物与季节的改变，合理设置农业现场设备的工作阈值，以提高温室大棚智能决策模式下的控制精度，实现农业生产的精准管理。

整体系统方案设计

本次管理系统以 STM32 为主控制核心，以 ZigBee 为终端节点。布置在农业现场的传感器采集空气温度、空气湿度、光照强度、土壤湿度等环境信息，并通过卡尔曼滤波算法进行处理，滤除传感器突然掉电、天气骤变等外界条件造成的异常数据。采集到的环境参数汇聚至 ZigBee 终端节点并上传至机智云平台，完成信息的存储与处理。

ESP8266 WiFi 模块作为搭建机智云的媒介，通过广域网与 STM32 主控制器连接。机智云平台通过广域网下达对终端设备的控制指令，ZigBee 协调器负责接收控制指令，控制温室大棚进行灌溉、遮光、通风、保温等工作。此外，通过机智云官方平台，开发用户指定功能手机APP，与 ESP8266 建立局域网连接，用户借助手机应用即可了解农业现场环境状况，并通过相应指令控制温室大棚现场设备的工作状态。

系统硬件组成

• 空气温湿度传感器 DHT11 

其驱动库函数如下：

u8 DHT11_Init(void); //初始化DHT11

u8 DHT11_Read_Data(u8*temp;u8*humi);  //读出温湿度

u8 DHT11_Read_Byte(void); //读出一个字节

u8 DHT11_Read_Bit(void); //读出一个位

u8 DHT11_Check(void); //检测是否存在DHT11

void DHT11_Reset(void);  //复位DHT11

• 光照强度传感器

其转换库函数如下：

void Lsens_Init(void);   //初始化光敏传感器

void Adc3_Init(void);  //初始化ADC3光照强度

u8 Lsens_Get_Val(void); //读取光敏传感器采集值

u16 Get_Adc3(u8 ch);  //读取ADC3通道转换值

adcx1=Lsens_Get_Val();  //读取光照值赋值给变量

• 土壤湿度传感器 FC-28 

其转换库函数如下：

void Hum_Init(void);    //初始化土壤湿度传感器

void Hum_Start(void);   //开始采集土壤湿度

void Adc_Init(void);  //初始化ADC

u16 Get_Adc(u8 ch);   //读取ADC值u16 Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times);   //得到ADC值adcx=Get_Adc_Average(ADC_Channel_1，10);  //将得到的ADC值赋值给变量SoilHumidity=(float)(MAX_CONVERTED_VALUE-adcx);

MAX_CONVERTED_VALUE*100; //进行ADC转换

• ZigBee 模块

• 最小系统

• ESP8266 WiFi模块

系统软件设计

管理系统整体功能的实现，除了硬件平台的搭建，还需通过软件编写程序保证农业现场设备功能的实现。

整体架构主要包括采集层和应用层两大层面。采集层软件实现主要包括节点采集程序设计、ZigBee 协议栈设计、网关程序设计、Wi Fi 无线网络配置设计；应用层软件实现主要包括物联网云平台设计、手机客户端配置、上位机监控平台设计以及微型电源光伏系统设计。

对于云平台的选择使用，个人选用了机智云物联网云平台。一方面，因为机智云是致力研究物联网开发的企业，以机智云物联网平台作为系统的开发平台非常切合主题；另一方面，就整体性能而言，机智云平台支持免费开发使用，可集成开发微信小程序、电脑客户端及手机 APP 等多种交互界面，功能丰富强大，且使用门槛低，故本系统以机智云作为温室大棚开发云平台。

机智云平台框架传感数据采集层主要包括各环境监测传感器，完成农业现场环境信息收集。传输控制层则主要承担将终端传感器采集到的温室大棚环境参数发送至云计算平台。传输控制层以 ESP8266WiFi 模块为媒介，以 TCP/IP 通信协议为基础，实现温室大棚环境参数无线传输至云计算平台，通过机智云平台实现对温室大棚环境参数的存储、分析和统计。

此外，传输控制层还需要传输机智云服务器的远程控制指令，实现对抽水泵、排风扇、遮光帘等的远程控制。用户接入层则通过电脑客户端、手机 APP 等智能设备实现上述温室大棚现场设备的远程控制功能。

智慧农业管理系统中，综合考虑手机 APP 开发的复杂性、用户与云平台的对接性，采用机智云官方提供的手机APP开源框架。

机智云APP开源框架包含Wi-Fi类智能硬件APP通用功能的一套源码。只要使用机智云协议的产品，就可直接使用源码实现快速开发配套APP，同时还提供了Android和iOS版的开源框架。

• 手机 APP 开发流程如图所示如下：

用户打开手机 APP 软件，连接无线局域网络之后，即可选择连接进入开发时配置成功的无线可视化智慧农业管理系统。此外，用户在同一款手机 APP 中可根据项目需要建立不同的实践项目。

• 本系统开发的手机 APP界面如下所示：

在本系统中，用户通过手机 APP 主界面即可实时查看空气温湿度、光照强度、土壤湿度等温室大棚各现场信息。同时通过点击手机 APP 控制单元模块对应按钮，即可控制温室大棚抽水泵灌溉、遮光帘采光、排风扇通风等现场终端设备工作状态的改变。

• 整体实验成果展示：