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01概述

1.1 背景

農業(yè)環(huán)境與農作物的生長狀況是相互影響的，所以對農業(yè)環(huán)境進行實時監(jiān)控，及時調整有關環(huán)境參數(shù)，能夠有力促進農作物增產增收。農業(yè)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)采用各種智能化和高效率的現(xiàn)代信息技術，來采集、傳輸、存儲、查詢并分析農業(yè)的環(huán)境信息，為農業(yè)生產提供科學指導。水稻是我國主要糧食作物之一，其種植面積和產量都位居世界第一，在中國糧食結構中處于舉足輕重的地位。稻田環(huán)境信息的及時準確采集，對提高其產量和效益都起著至關重要的作用。為實現(xiàn)稻田環(huán)境信息監(jiān)測，本作品以龍芯 2K1000 為核心，設計實現(xiàn)了基于 RT-Thread 的稻田環(huán)境信息監(jiān)測系統(tǒng)。

1.2 軟硬件方案

本作品由終端節(jié)點、協(xié)調器節(jié)點、2K1000 通訊網關、云服務器以及上位機五部分組成。終端節(jié)點以 CC2530 為核心通過傳感器采集稻田溫濕度與光照強度數(shù)據信息并通過 ZigBee協(xié)議傳輸數(shù)據至協(xié)調器，協(xié)調器接收到數(shù)據后通過串口把數(shù)據轉發(fā)給 2K1000 通訊網關，2K1000 通訊網關完成數(shù)據匯總，解析，打包，并通過 GPRS 上傳數(shù)據至云服務器，上位機部分接收云端返回數(shù)據并進行本地顯示。系統(tǒng)整體結構圖如圖 1 所示。

1.2.1 硬件方案

本作品以終端節(jié)點為基礎采集稻田環(huán)境信息并通過 ZigBee 協(xié)議傳輸至 ZigBee 協(xié)調器，協(xié)調器通過串口把數(shù)據轉發(fā)給 2K1000 通訊網關，2K1000 通訊網關實現(xiàn)數(shù)據匯總，解析，打包，并通過 GPRS 上傳數(shù)據至云服務器，上位機部分接收云端返回數(shù)據并進行本地顯示，最終實現(xiàn)稻田環(huán)境信息監(jiān)測。

1.2.2 軟件方案

本作品以 RT-Thread 物聯(lián)網操作系統(tǒng)為基礎，以龍芯 2K1000 為核心，實現(xiàn)終端節(jié)點采集信息數(shù)據匯總，解析，打包，并通過 GPRS 上傳數(shù)據至云服務器，最后與上位機顯示數(shù)據信息，實現(xiàn)稻田環(huán)境信息無線遠程監(jiān)測。

1.3 實現(xiàn)功能

1）終端節(jié)點通過 SHT20 和 MAX44009 分別采集稻田溫濕度和光照強度數(shù)據，并通過ZigBee 網絡上傳數(shù)據。

2）設計了基于龍芯 2K1000 處理器設計通訊控制器(網關)。

3）基于 RT-Thread 實時操作系統(tǒng)，完成田間測量數(shù)據匯總，解析，打包，并通過 GPRS上傳數(shù)據至云服務器

4）設計上位機界面實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據可查可看。

RT-Thread 使用情況概述

本作品采用 RT-Thread 物聯(lián)網操作系統(tǒng)進行管理和調度，控制系統(tǒng)完成設計功能。

（1）內核部分

本作品使用了龍芯 2K1000 的串口驅動以及 GPIO 驅動。

硬件框架

本作品以龍芯 2k Lite 開發(fā)板教育派為核心，通過杜邦線外接 ZigBee 協(xié)調器和 GPRS 通信模塊，實現(xiàn)硬件功能。系統(tǒng)硬件結構圖如圖 2 所示。