面向温室大棚的农业物联网网关及其系统设计

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近些年来,信息技术与农业生产得到了高效的结合,农业生产水平由此飞速提升。其中,大棚内数据信息的实时监控是实现农业生产信息化的重要环节,将传感器感知技术、计算机控制技术、现场总线技术和云平台技术等结合起来,可以实时获取大棚内的土壤、空气和光照等环境因素,有助于对农业大棚进行全方位、高效率的生产监控。在物联网温室智能监控系统中,物联网网关是最核心的设备,它向下连接感知层传感器,向上通过传输层接入云平台,为系统监测各类数据信息提供了基础,是物联网网关平台的开发工作中的关键任务,也是本文的主要研究目标。本文在分析了农业物联网体系结构的基础之上,分别从物联网三个不同层次对应的技术针对该农业物联网网关开展了研究工作。根据功能及性能需求,完成了核心器件的选型以及基于STM32单片机的硬件及软件设计工作。网关的硬件系统电路主要由核心电路及外围通信电路组成,通信接口分别针对传感器及云平台做出了不同的调整;软件设计包括对基于Modbus现场总线协议的通信设计、AT指令控制,MQTT协议的通信机制以及Socket连接的通信流程等。通过将前端感知网络采集到的数据转化成TCP/IP数据包,使用4G通信模块通过MQTT协议与测试所用的多种云平台之间进行数据传输,实现了物理层与终端平台之间的多样性互联。最后,对各个模块进行功能测试及系统联调,完成了目标场景所需监测参数的上传存储及命令下发。经测试,本文设计的物联网网关运行稳定,实现了农业物联网网关的基本功能,满足设计要求。通过该物联网网关,为所搭建的温室大棚的远程监控系统提供了技术支撑。
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