低成本智能農業(yè)系統

2021-05-12

低成本智能農業(yè)系統

這個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)的項目監視植物附近的土壤濕度，溫度和濕度水平以及控制站附近的光強度。當水分含量低于閾值水平時(shí)，它將打開(kāi)水電磁閥。它的振動(dòng)傳感器檢測種植園附近動(dòng)物和嚙齒動(dòng)物的運動(dòng)或任何其他有害活動(dòng)。

該項目同樣適用于建筑物中的室內植物，溫室種植以及常規種植。Adafruit物聯(lián)網(wǎng)平臺用于在線(xiàn)監控各種傳感器的狀態(tài)。
低成本智能農業(yè)系統的框圖如圖1所示。項目的作者原型如圖2所示，而其電路圖如圖3所示。

圖2：作者的智能農業(yè)系統原型

圖3：智能農業(yè)系統的電路圖

電路與工作

物聯(lián)網(wǎng)系統的核心是NodeMCU ESP-32 8266 Wi-Fi模塊。它用于通過(guò)計算機網(wǎng)絡(luò )將從各種傳感器收集的信號傳輸給用戶(hù)。這些傳感器包括四個(gè)土壤濕度傳感器（SS1至SS4），一個(gè)光敏電阻器（LDR），一個(gè)振動(dòng)傳感器（VS1）以及一個(gè)溫度和濕度傳感器（DHT11）。

如果附近任何工廠(chǎng)的土壤濕度或濕度水平低于閾值水平（根據程序），NodeMCU中的控制器將通過(guò)繼電器模塊（RM1）打開(kāi)電磁閥，水開(kāi)始流動(dòng)。

LDR模塊用于感應控制室中的白天和黑夜情況。如果房間中的光強度低于閾值水平，尤其是在夜間，則通過(guò)繼電器模塊RM1打開(kāi)光。

傳感器DHT11連接在NodeMCU的D6引腳上，以監視溫度和濕度水平。

振動(dòng)傳感器VS1連接到NodeMCU的D8引腳。工廠(chǎng)附近的任何振動(dòng)都被記錄為有害活動(dòng)，它通過(guò)NodeMCU板上內置LED的發(fā)光向用戶(hù)發(fā)出警報。

NodeMCU僅具有一個(gè)模擬輸入（A0引腳），但我們可能需要多達六個(gè)傳感器才能與MCU接口。通過(guò)使用帶有NodeMCU-ESP32的16×1模擬/數字高速CMOS多路復用器74HC4067可以解決此問(wèn)題。

土壤濕度傳感器SS1至SS4和一個(gè)LDR傳感器模塊連接至74HC4067模塊的輸入引腳C0至C4。使用選擇線(xiàn)S3，S2，S1和S0選擇來(lái)自這五個(gè)傳感器的五個(gè)模擬輸入的狀態(tài)。這些選擇線(xiàn)由NodeMCU的D3，D2，D1和D0引腳控制。表1中列出了它們的連接詳細信息。表2中列出了系統中連接的傳感器的列表。

通過(guò)選擇線(xiàn)從74HC4067多路復用器模塊選擇輸入后，來(lái)自多路復用器的可通過(guò)引腳SIG獲得的單路輸出連接到NodeMCU的模擬輸入A0。NodeMCU控制器處理輸入信號并打開(kāi)燈或激活螺線(xiàn)管，然后將信號連接到Internet。

DHT11傳感器的數據輸出連接到NodeMCU的D6引腳，用于檢測溫度和濕度。

為了控制交流電壓操作的燈和電磁閥向工廠(chǎng)供水，NodeMCU的D7和D5引腳分別連接到繼電器模塊的輸入引腳IN2和IN1。

軟件

Arduino IDE用于對NodeMCU板進(jìn)行編程。將NodeMCU連接到PC /筆記本電腦，然后從Arduino IDE的“工具”菜單中選擇正確的COM端口和板名稱(chēng)。該項目中使用的板名如圖4所示。

圖4：選擇板作為NodeMCU 1.0（ESP-12E模塊）

通過(guò)單擊“上載”按鈕將源代碼Program_11973.ino上載到Arduino板。在編譯和上傳源代碼之前，請不要忘記從Library Manager中包括ESP8266WiFi.h，DHT11.h，Adafruit和MQTT庫。

NodeMCU Wi-Fi連接到Adafruit.io開(kāi)源云服務(wù)，以在線(xiàn)提供實(shí)時(shí)數據。消息隊列遙測傳輸（MQTT）是Adafruit.io支持的設備通信協(xié)議。

在Adafruit.io IoT平臺上組織儀表板的步驟：

生成一個(gè)密鑰并記下該密鑰。這是一個(gè)長(cháng)而唯一的標識符，可用于使用您的帳戶(hù)對任何設備進(jìn)行身份驗證。每個(gè)帳戶(hù)只有一個(gè)密鑰，但是您可以隨時(shí)撤消并重新生成密鑰。

創(chuàng )建帳戶(hù)后，您需要管理供稿，以便在儀表板上進(jìn)行發(fā)布，如圖5所示。（供稿基本上是一組可以讀取或寫(xiě)入的數據，如程序中所指定，根據您的應用程序。）

圖5：Adafruit IoT平臺上的Feeds窗口

在此項目中，我們使用了四個(gè)濕度傳感器（MS1至MS4）和一個(gè)溫度傳感器（tmp）。因此，舉例來(lái)說(shuō)，如果該程序在代碼中使用了以下內容，則需要將每個(gè)供稿創(chuàng )建為MS1到MS4，tmp，LHT等，以便在信息中心上進(jìn)行管理：

Adafruit_MQTT_Publish photocel3 = Adafruit_MQTT_Publish（＆mqtt，AIO_USERNAME“ / feeds / MS1”）;
Adafruit_MQTT_Publish photocel4 = Adafruit_MQTT_Publish（＆mqtt，AIO_USERNAME“ / feeds / MS2”）;
Adafruit_MQTT_Publish photocel5 = Adafruit_MQTT_Publish（＆mqtt，AIO_USERNAME“ / feeds / MS3”）;
Adafruit_MQTT_Publish photocel6 = Adafruit_MQTT_Publish（＆mqtt，AIO_USERNAME“ / feeds / MS4”）;
Adafruit_MQTT_Publish photocel1 = Adafruit_MQTT_Publish（＆mqtt，AIO_USERNAME“ / feeds / tmp”）;
Adafruit_MQTT_Publish photocel2 = Adafruit_MQTT_Publish（＆mqtt，AIO_USERNAME“ / feeds / hum”）;
Adafruit_MQTT_Publish photocel7 = Adafruit_MQTT_Publish（＆mqtt，AIO_USERNAME“ / feeds / LHT”）;

您需要在Adafruit IO中添加所有提要，以在儀表板上顯示來(lái)自傳感器的實(shí)時(shí)數據，如表3所示。

有關(guān)使用Adafruit IoT和Arduino進(jìn)行配置的更多詳細信息，請參見(jiàn)源代碼文件夾中的“使用Adafruit和Arduino進(jìn)行配置”文檔文件。

現在打開(kāi)PROGRAM_11973.ino源代碼，包括您自己的所有Wi-Fi憑據，包括SSID，密碼，用戶(hù)名和密鑰，如下所示。

#define WLAN_SSID“ Samsungi” /// *您的WIFI名稱(chēng)SSIDCHANGE IT（1）
#define WLAN_PASS“ abcd123456” //您的WIFI密碼CHANGE IT（2）
#define AIO_SERVER“ io.adafruit.com” // Adafruit服務(wù)器
#define AIO_SERVERPORT 1883
#define AIO_USERNAME“ jitendra41085” // Adafruit用戶(hù)名更改（3）
#define AIO_KEY“ 859813f4cb144ee5b0f9e124a239a3f4” // adafruit Auth KeyCHANGE IT（4）

接下來(lái)，通過(guò)添加更改軟件配置

在Arduino IDE中的File / Preferences下，如圖6所示?，F在您可以保存代碼，再次編譯，然后將其上傳到NodeMCU板上。

圖6：Arduino IDE中的軟件配置

完成所有電路連接后，打開(kāi)NodeMCU板并打開(kāi)Adafruit IoT儀表板。您將看到如圖7所示的內容。

圖7：具有各種傳感器輸出的實(shí)時(shí)數據流的Adafruit.io儀表板