基于Cortex-A9的智能农业检测与控制系统

作     者：孙红伟 

作者单位：曲阜师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：石学文

授予年度：2016年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 082804[工学-农业电气化与自动化] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0835[工学-软件工程] 081002[工学-信号与信息处理] 

主      题：智能农业 Cortex-A9 Tiny4412 物联网 

摘      要：随着生态环境越来越差,水资源短缺,耕地面积逐渐减少,农业的发展引起了人们高度的重视。传统粗犷型的农业,已经满足不了人们对农业生产的要求。智能农业借助于物联网等高新技术应运而生,根据农作物所需要的最佳生长状态进行合理的分配调节,提高土壤的利用效率,减少对水资源的浪费,缓解环境压力,从而提高经济效益。我国一直以来都是农业大国,而非农业强国,考虑到当前农业发展状态,我们应该抓住机遇,大力发展智能农业。从目前的情况来看,我国的智能农业还处于起步阶段,只是在部分试验田进行试验,没有大面积的推广,还没有达到一个理想的状态。针对现在农田种植范围广、有线布局难度大、环境因素检测困难等问题,利用物联网技术、无线传感技术、数据融合技术、软件技术、自动控制技术等来设计了一套基于Cortex-A9的智能农业检测与控制系统。本文对这套智能农业的研究重点主要放在硬件和软件两个方面:(1)硬件电路主要是包括网关和下位机传感器硬件两个部分。网关电路部分选用的核心板为Tiny4412,是一款高性能的Cortex-A9核心板,网关电路板上装有触摸屏,方便显示传感器数据和电器设备的状态,利用网口进行数据的通讯和传递。下位机传感器部分采用的是Zigbee无线传感网络,将不同类型的传感器模块与Zigbee节点相组合,能够将采集到的不同的传感器数据上传到Zigbee协调器节点,进一步传递给网关,数据的流向具有双向性,同时能够通过网关对下位机下发指令,实现对下位机电器设备的控制。(2)软件部分主要包括网关端程序设计、电脑客户端程序设计、手机客户端程序设计等。其中涉及软件编译环境较多,内容较为复杂。在每一个软件设计模块中都做了详细的程序流程图,并附上核心代码。在软件实现过程中,主要是对用户管理模块和系统功能模块的设计分析。在用户管理模块中主要涉及用户的登录和注册,在系统管理模块中主要包含对下位机数据的采集和显示,并能够实时接收来自下位机上传的状态信息,同时还可以通过下发指令对下位机的电器设备进行操作。同时在软件实现过程中设置了一些阈值,当采集到的传感器数据大于设置的最大阈值或者小于设置的最小阈值时,将进行一些联动操作,将环境因素保持在一个合理的范围内,使农作物始终保持在一个最佳的环境中。基于Cortex-A9的智能农业检测与控制系统主要涉及四个层次:智能化信息采集的传感层、信息传递的无线传输层、人性化的网关管理层、可视化的用户管理层。系统通过传感层将影响农作物生长有关的环境因素进行采集,经过数据融合技术,对数据进行分析处理,进一步对补光灯、抽水泵、遮光板等设备进行操作。同时将数据上传到可视化用户管理层,可以提前进行预警操作,通过对环境因素的分析处理,改善农作物的生长环境状态,进一步提高农业产量,达到可观的经济效益。