基于单片机的果园智能监控系统

王清辉+温发林+施锦祥

摘要：基于无线技术和传感器技术设计了果园智能监控系统。该系统可以实时检测果园指定区域的温湿度、光照强度和烟雾等信息，并可根据需要定时发出声音报警来驱逐害鸟，提高了果园环境检测和管理的智能化。

关键词：nRF24L01；果园；传感器

中图分类号：S126；TP334.2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）20-5365-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.20.050

Abstract： An intelligent monitoring system for the orchard based on wireless technology and sensor technology is designed in this paper. The temperature and humidity，illumination intensity and smog of the designated areas can be detected in real-time by this system. Furthermore sound alarm will be sent out when needed to expel noxious bird，which greatly improves the intelligent level of the environment detection and management of the orchard.

Key words： nRF24L01； orchard； sensor

目前，中国正处于由传统农业向现代农业转化进程中，科技信息技术被广泛应用在农业各个领域[1-3]，以智能化农业信息技术改造农业的发展是当前备受关注的工作[4，5]。农作物受外界环境影响明显，具有多样性、多变性、零散分布等特点，农业环境和生物信息采集和管理是所有工作和研究的出发点，具有十分重要的意义。目前，中国温室环境控制仍靠人工经验来管理，严重影响了农业生产的效益，阻碍了农业生产的发展。因此，采用先进的人工智能技术，科学、合理地控制影响作物的环境因子，以便给作物创造最佳的生长条件，提高农产品的质量、产量，创造更大的经济价值和社会效益。

1 系统硬件设计

系统分为节点系统与主系统，如图1所示。从图1中可见，系统由节点系统和主系统两部分构成，主系统放置在监控室，节点系统放置在需要检测的地方，负责果园环境的具体监测，然后通过无线将检测的信息回传，主系统负责综合处理节点发来的信息并可以对节点系统进行相关设置。

1.1 主系统构成

主系统由STC8952单片机、声光报警模块、nFR24L01[6，7]无线模块、键盘和液晶显示模块5个部分构成，如图2所示。主系统主要完成对节点采集数据的接收、处理和显示，并可以对节点系统进行相关参数的设置。

1.2 节点系统的构成

如图3所示，节点系统主要包含有热释电红外传感器模块、温湿度传感器模块DHT11[8，9]、烟雾传感器模块和光敏传感器模块[10]，分别完成对果园所处环境的人为入侵、温湿度、烟雾浓度和光照强度的模拟信号采集。

节点系统通过实时采集各类传感器检测的相关信息，然后通过nFR24L01无线模块传送给主系统，并接收主系统传输过来的参数设置，也可以根据需要发出声音报警。

2 系统软件设计

系统由主系统和节点系统构成：主系统程序设计、无线收发程序设计和节点系统程序设计等3个部分。

2.1 主系统程序流程

主系统主要实现用户设置的输入和对无线接收节点系统发来的信息进行相应的处理如图4所示。从图4中可见，主系统软件主要首先完成对声光报警模块、液晶显示模块、单片机系统资源和无线模块的初始化工作，然后实时就是完成键盘和无线模块收发的实时处理，保证用户输入的控制信息能够及时通过无线模块下传到节点系统，同时将从节点系统接收的信息通过液晶屏进行显示。

2.2 无线数据收发流程

无线数据的收发流程如图5所示。从图5（a）可见，单片机先进行初始化操作，初始化包括设置单片机I/O和SPI相关寄存器两部分。经过SPI总线配置射频芯片使其开启工作模式。发射数据时，首先将nRF24L01配置为发射状态，然后把发送端待发射数据的目的地址TX_ADDR和数据TX_PLD写入nRF24L01缓冲区中，等待发送。图5（b）中无线接收模块软件设置接收数据时，首先将nRF24L01配置为接收状态，然后延迟进入接收状态等待数据的发送。当接收方检测到地址和CRC时，就将数据包储存在接收堆栈中，与此同时状态寄存器中的中断标志位RX_DR置高，产生中断使IRQ引脚变为低电平，以便通知单片机去读取数据。

2.3 节点系统流程

节点系统要完成对各个传感器的数据读取，然后将数据通过无线模块传送给主系统，并根据主系统发来的控制信息进行声音报警驱逐害鸟等功能。因为各个节点系统要完成的功能相同，所以以其中一個节点系统的程序流程（图6）进行介绍。从图6可见，节点系统首先对nFR24L01无线模块和单片机内容硬件资源进行初始化，然后在程序主循环中进行各类传感器的检测，将检测到的结果进行无线发送，并完成由主控系统从无线模块传来的控制命令。

3 小结

该系统通过相关的传感器实时检测果园的温湿度、光照强度和烟雾等信息的收集，为果树成长状态分析提供相关的数据；通过热释电红外传感器模块检测到有人出现在该区域立刻向控制室的主系统发出报警信息；并通过主系统的设置可以让节点系统定时发出声音报警来驱逐害鸟。因此，该系统提高了果园管理的智能化，具有较好的应用前景。

参考文献：

[1] 谢韶光.我国传统农业向现代农业转化的困境、成因及对策分析[J].企业家天地，2008（7）：19-22.

[2] 曾业送.加快转变农业发展方式，促进传统农业向现代农业跨越[J].中共石家庄市委党校学报，2010（8）：4-7.

[3] 沈林安，吴健雄，蔡明玉.农机专业合作社是传统农业向现代农业发展的有效组织形式[J].现代农业装备，2008（9）：54-57.

[4] 李 将.智能化农业信息技术的初步探讨[J].山东神农业管理干部学院学报，2012（3）：36-37.

[5] 郭成芳，陈士辉，秦来寿，等.探索西北贫困地区农业信息化的途径推进智能化农业信息技术的研究与应用[J].农业科技与信息，2007（9）：11-14.

[6] 沈 飞.基于Nrf24L01的无线温度监控系统设计[J].自动化应用，2016（1）：33-34.

[7] 王 娟.基于nRF24L01和单片机的无线煤气检测及报警系统[J].信息系统工程，2016（2）：92-92.

[8] 范治政，刘永春.基于ARM9的大棚远程温湿度监控系统设计[J].湖北农业科学，2015，54（3）：705-708.

[9] 庄立运，鲁 庆，王晓晖.基于CC2530的大棚温湿度无线采集节点设计与实现[J].湖北农业科学，2014，53（3）：582-585.

[10] 王 芳，张小春，孟 惠.基于光敏电阻的高精度自动跟日系统[J].光电技术应用，2015（5）：14-16.