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智慧农业之智能水产养殖控制系统,为乡村振兴注入科技动能

  随着物联网、大数据、AI等新型技术手段的发展,促进了智慧农业在农村的落地,也促进了职业化农民培养体系的建立,在一些江南水乡,有的职业农民通过科技的力量,尤其是利用物联网技术。

  采用特定传感器实采集水体温湿度、颗粒物、光照等环境信息,将数据上传到云平台,云平台将采集的数据进行核实,一旦数据出现异常或者是超出养殖户设定的范围,云平台立即启动报警机制,将消息通知养殖户,养殖户通过远程控制设备的方式,调节智能设备,改善养殖环境,减少人工投入。

  接下来,我将通过一个小案例,来讲解如何开发一个智能水产养殖控制系统设计。

  一位开发者针对传统鱼塘的养殖和管理现状,面向中小型鱼塘养殖户设计开发了一套基于机智云AIoT开发平台的鱼塘智能控制系统,满足鱼塘养殖环境的数据采集、无线传输、实时显示、远近程手动控制和自动控制等功能上的需求,可及时检测和控制影响鱼类生存生长的环境因素,避免人工判断观察失误或者操作的不及时造成大量鱼类死亡,有效减少人工成本消耗,而且还能降低系统运行维护成本,以适应中小型鱼塘养殖户节约成本的问题。

  系统总体设计

  本鱼塘控制系统主要由下位机设备控制端、机智云AIoT云平台以及APP端组成。系统整体框架图如图所示:

  下位机

  下位机是整个系统的控制执行部分,通过传感器对鱼塘环境因子进行检测以及控制通过控制设备调节鱼塘环境因子,通过本地显示面板实现近程控制。

  通过APP端,可以远程观测鱼塘环境因子情况,并实现对鱼塘的远程控制。机智云AIoT云平台作为数据中转站,APP通过机智云云平台接收下位机上传的数据以及向下位机的控制设备发送控制命令。

  本系统在运行时,下位机设备控制端利用串口通过WiFi模块与外界通信,机智云开发平台作为数据中转中心,WiFi和云平台利用广域网通过云端平台进行通信。

  云平台选择

  本系统设计选用机智云AIoT云平台,为物联网开发者提供方便,机智云AIoT平台搭建好后,平台可直接提供相应的API和SDK,在开发APP时无需考虑繁杂的通讯协议,只需要考虑功能开发便可,降低了开发者的开发难度,也提高了开发效率。

  APP端

  使用机智云提供的APP开源框架设计一款鱼塘控制APP进行远程控制,并选用机智云官方提供地终端进行调试。

  相关硬件:

  主控芯片:STM32F103ZET6显示面板:SDWa050T04屏幕控制输出模块:继电器温度传感器:DS18B20水位传感器: HC-SR04超声波传感器溶解氧/温度气压传感模块:BMP180温度气压模块PH传感模块:E201-C-9传感器、外加CA3140运算放大器WiFi模块:ESP8266电源模块:AMS1117芯片

  系统软件设计

  1、主程序流程图如下:

  2、下位机显示面板设计

  使用VGUS软件在对串口屏界面进行设计时,根据本系统的实际情况,完成四个功能界面设计,分别是主界面、环境监控、环境控制以及阀值设置界面。

  主界面主要是为用户提供一个功能导航页面,根据用户当时的需要来选择要进入的界面,可用作设备异常时进行显示和报警,还可通过实时监控界面查看当前鱼塘环境的实时参数;控制界面可以对外围设备进行直接控制。

  通过主界面可选择进入环境监测这个界面,可以看到鱼塘环境各种参数的实时信息,包括被控制设备的状态,方便鱼塘工作人员进行管理,结合底层传感器上传的数据,直观地观察到当前鱼塘环境参数以及各种设备地控制状态,该实时监测界面如图所示。

  从主界面进入到控制界面,在控制界面可以对调节环境的外围硬件设备进行手动的方式控制或者设置自动控制;同时可以联合阈值设定,对各种环境变量进行控制,更加方面快捷的对鱼塘环境因子做出最敏捷的反馈,实现鱼塘环境控制控制的自动化,阈值设定界面如图所示。

  3、上位机软件设计

  通过在ESP8266中烧写机智云Gagent,赋予ESP8266传输数据的能力,将主控MCU和传感器收集到的数据传输到机智云AIoT平台;为了能在手机App以及PC端能查看到相关数据,使用机智云AIoT云平台进行开发,以便将设备收集到的数据同步到云平台。

  下面来了解一下使用机智云开发产品的步骤流程:

  在机智云开发平台dev.gizwits.com注册一个属于自己的帐号,以后在上面创建地项目也是通过个人账号来管理;

  账号登录后,进入到机智云开发者中心,点击开发一个新的产品,在里面根据自己项目需要新建数据点,项目的云平台数据点如图所示;

  定义好数据点后,再在线生成MCU代码包,进行移植。使用机智云赛博坦App在线生成器或者是机智云开源框架开发一款App。

  最终得到整体实物效果图如下所示:

  通过使用机智云AIoT开发平台来设计鱼塘智能控制系统,开发过程简单易上手,能满足实时采集数据、监测数据、远程控制(加氧、控温)、异常及时提醒的功能,使鱼塘养殖变得更加简单,可以降低劳动强度,节省劳动成本,提高了养殖效率。

  以上设计仅是一个大学生借助机智云AIot平台的力量,做的一个创新型产品。若是企业团队来借助机智云AIoT平台的能力,将赋予智慧养殖更多可能性。

(责编:张凯)