目錄

1、項目概述

2、項目架構

3、傳感器選型

3.1、溫濕度傳感器

3.2、光強度傳感器

3.3、水分傳感器

4、硬件環(huán)境

5、Arduino功能設計

6、LabVIEW功能設計

6.1、前面板設計

6.2、程序框圖設計

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1、項目概述

智能農業(yè)是目前農業(yè)發(fā)展的新方向，它根據農作物的生長習性及時調整土壤狀況和環(huán)境參數，以最少的投入獲得最高的收益，改變了傳統(tǒng)農業(yè)中必須依靠環(huán)境種植的弊端及粗放的生產經營管理模式，改善了農產品的質量與品質，調整了農業(yè)的產業(yè)結構，確保了農產品的總產量，高效地利用了各種各樣的農業(yè)資源，可取得可觀的經濟效益和社會效益。

在農業(yè)生產過程中，溫度、濕度、光照強度、CO2濃度、水分，以及其他養(yǎng)分等多種自然因素共同影響農作物生長。傳統(tǒng)農業(yè)的管理方式遠遠沒有達到精細化管理的標準，只能算是粗放式管理，在這種管理方式下，通過人的感知能力來管理上述環(huán)境參數，無法達到準確性要求。而智能農業(yè)，是通信、計算機和農學等若干學科和領域共同發(fā)展并相互結合所形成的產物，它將信息采集、傳輸、處理和控制集成在一起，使人們更容易獲得農作物生長各個階段的各類信息，也讓人們更容易掌控這些信息，通過人工智能與農業(yè)生產的結合真正實現人與自然的交互。

智能農業(yè)的核心問題可以概括為以下四部分，即農業(yè)信息的獲取、對所獲取信息的管理、經信息分析做出的決策、由決策而決定的具體實施方針。在這四部分中，對農業(yè)信息的獲取是智能農業(yè)的起點，也是非常關鍵的一點，做不到準確實時地獲取農業(yè)信息，就無法建造真正的智能農業(yè)。而實現智能農業(yè)，建立一個實用、可靠、可長期監(jiān)測的農業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)是非常必要的。

隨著通信、計算機、傳感網等技術的迅猛發(fā)展，將物聯網應用到農業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)中已經是目前的發(fā)展趨勢，它將采集到的溫度、濕度、光照強度、土壤水分、土壤溫度、植物生長狀況等農業(yè)信息進行加工、傳輸和利用，為農業(yè)生產在各個時期的精準管理和預警提供信息支持，追求以最少的資源消耗獲得最大的優(yōu)質產出，使農業(yè)增長由主要依賴自然條件和自然資源向主要依賴信息資源轉變，使不可控的產業(yè)得以有效控制。

2、項目架構

本篇博文將要介紹一種基于Arduino與LabVIEW的智能農業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)，可以實現農作物生長環(huán)境參數的實時采集以及上位機監(jiān)測軟件的數據分析和遠程監(jiān)測。數據采集終端設備采用Arduino作為控制核心，上位機軟件采用LabVIEW，兩者通過RS-485總線實現通信，只需要在田壟之間進行RS-485布線，即可實現組網通信。

項目資源下載請參見：LabVIEW Arduino RS-485智能農業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)【實戰(zhàn)項目】?

3、傳感器選型

3.1、溫濕度傳感器

SHT11是瑞士Sensirion公司推出的一款數字溫濕度傳感器芯片，將傳感元件和信號處理電路集成在一塊微型電路板上，輸出完全標定的數字信號，采用CMOSens專利技術，確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器芯片內部包括一個電容性聚合體測濕敏感元件、一個用能隙材料制成的測溫元件，并在同一芯片上與14位的A/D轉換器以及串行接口電路實現無縫連接。因此，具有品質卓越、響應迅速、抗干擾能力強、性價比高等優(yōu)點，廣泛應用于暖通空調、汽車、消費電子、自動控制等領域。

每個傳感器芯片都在極為精確的濕度腔室中進行標定，校準系數以程序形式儲存在OTP內存中，用于內部的信號校準。兩線制的串行接口與內部的電壓調整，使外圍系統(tǒng)集成變得快速而簡單。微小的體積、極低的功耗，使SHT11成為各類應用的首選。

3.2、光強度傳感器

BH1750FVI是一種兩線式串行總線接口的數字型光強度傳感器，可以根據收集的光線強度數據來調整液晶或者鍵盤背景燈的亮度，利用它的高分辨率可以探測較大范圍的光強度變化。BH1750FVI光照傳感器模塊如下圖所示：

3.3、水分傳感器

專業(yè)的農用水分傳感器價格較貴，此處選擇價格較為低廉的電阻式水分傳感器，如下圖所示：

4、硬件環(huán)境

將SHT11溫濕度傳感器的VCC、GND、SCK、DATA分別接至Arduino Uno控制板上的+5V、GND、模擬端口A2和A3。

將BH1750FVI光照傳感器的VCC、GND、SCL、SDA和ADD分別接至Arduino Uno控制板上的+5V、GND、SCL、SDA和GND，此處在硬件連接圖上沒有表示出來。

將水分傳感器的VCC、GND、Vout分別接至Arduino Uno控制板上的+5V、GND和模擬端口A0，此處在硬件連接圖上表示出來。

將MAX485模塊的VCC、GND、RO、DI分別接至Arduino Uno控制板上的+5V、GND、RX和TX，將RE和DE端接至數字端口D2，用于控制收發(fā)信號。

Arduino Uno與MAX485和SHT11的硬件連接，如下圖所示：

5、Arduino功能設計

在基于RS-485總線的智能農業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)中，每個節(jié)點配置一個Arduino Uno控制器通過MAX485模塊掛在RS-485總線上。Arduino Uno控制器需要完成以下功能：接收和判斷命令、采集和傳輸溫濕度、光照和水分數據。Arduino Uno控制器利用MAX485模塊通過串口從RS-485總線上接收上位機發(fā)來的命令，分析得到有效命令，再根據命令碼實現溫濕度、光照和水分數據的采集，并上傳給LabVIEW軟件。

智能農業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)Arduino控制器程序代碼如下所示：

#include <Wire.h> #include <SHT1x.h>#define temp_Command 0x10 //采集命令字 #define humidity_Command 0x20 //A1采集命令字 #define water_Command 0x30 //D1采集命令字 #define illumination_Command 0x40 //D0采集命令字 // GY-30 // BH1750FVI // in ADDR 'L' mode 7bit addr #define ADDR 0b0100011 // addr 'H' mode // #define ADDR 0b1011100// Specify data and clock connections and instantiate SHT1x object #define dataPin A3 #define clockPin A2 SHT1x sht1x(dataPin, clockPin);byte comdata[3]={0}; //定義數組數據，存放串口接收數據 float temp_c; float humidity; int dustPin=0; int dustVal=0; int Water_Val=0; int Illumination_Val = 0;void receive_data(void); //接受串口數據 void test_do_data(void); //測試串口數據是否正確，并更新數據void setup() {Serial.begin(9600); Wire.begin(); Wire.beginTransmission(ADDR);Wire.write(0b00000001);Wire.endTransmission(); } void loop() {while (Serial.available() > 0) //不斷檢測串口是否有數據{receive_data(); //接受串口數據test_do_data(); //測試數據是否正確并更新標志位} } void receive_data(void) {int i ;for(i=0;i<3;i++){comdata[i] =Serial.read();//延時一會，讓串口緩存準備好下一個字節(jié)，不延時可能會導致數據丟失，delay(2);} }void test_do_data(void) {if(comdata[0] == 0x55) //0x55和0xAA均為判斷是否為有效命令{if(comdata[1] == 0xFF){switch(comdata[2]){ case temp_Command: temp_c = sht1x.readTemperatureC();Serial.print(temp_c, 2); break;case humidity_Command: humidity = sht1x.readHumidity();Serial.print(humidity,2);break;case water_Command: Water_Val=analogRead(A0);Serial.print(Water_Val); break;case illumination_Command: // resetWire.beginTransmission(ADDR);Wire.write(0b00000111);Wire.endTransmission(); delay(100); Wire.beginTransmission(ADDR);Wire.write(0b00100000);Wire.endTransmission(); // typical read delay 120msdelay(120); Wire.requestFrom(ADDR, 2); // 2byte every time for (Illumination_Val=0; Wire.available()>=1; ) {char c = Wire.read();//Serial.println(c, HEX);Illumination_Val = (Illumination_Val << 8) + (c & 0xFF);} Illumination_Val = Illumination_Val / 1.2;Serial.println(Illumination_Val); break; }}} }

6、LabVIEW功能設計

LabVIEW上位機部分需要完成如下功能：根據所選擇的節(jié)點向RS-485總線上發(fā)送不同節(jié)點號的溫度、濕度、光照、水分的數據采集命令，Arduino控制器通過串口和MAX485模塊從RS-485總線上接收上位機命令，然后判斷接收的命令中的節(jié)點號是否與自己的節(jié)點號匹配，如果匹配則實現相應的數據采集之后并將采集的數據回傳，LabVIEW軟件將回傳的數據顯示在前面板上;如果不匹配則舍棄當前接收的上位機命令，重新等待下次命令的到來。

6.1、前面板設計

LabVIEW前面板分為節(jié)點選擇、工作指示燈和數據顯示模塊，節(jié)點選擇用于選擇當前監(jiān)測的節(jié)點，將其數據顯示在顯示模塊上；工作指示燈用于該節(jié)點是否正常工作；顯示模塊主要用于顯示當前的數據，包括溫度、濕度、光照和水分情況。

基于Arduino與LabVIEW的智能農業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的LabVIEW上位機前面板，如下圖所示：

6.2、程序框圖設計

采用條件結構+移位寄存器的狀態(tài)機來實現LabVIEW上位機主程序，將主程序劃分為5個狀態(tài)：0狀態(tài)為串口初始化，1狀態(tài)為溫度測量，2狀態(tài)為濕度測量，3狀態(tài)為光照測量，4狀態(tài)為水分測量，且初始狀態(tài)為0狀態(tài)（串口初始化）。

為了更好地實現通信，制定如下的通信協(xié)議:幀頭+節(jié)點代號+操作碼。0x55為幀頭，節(jié)點代號有0xA1為節(jié)點0的代號，0xA2為節(jié)點1的代號，0xA3為節(jié)點2的代號，0xA4為節(jié)點3的代號，0xA5為節(jié)點4的代號，操作碼有0x10為溫度采集，0x20為濕度采集，0x30為光照采集，0x40為水分采集。

在0狀態(tài)中，通過設置的串口號來初始化串口通信，如下圖所示：

在1狀態(tài)中，讀取溫度數據并顯示，如下圖所示：

在2狀態(tài)中，讀取濕度數據并顯示，如下圖所示：

在3狀態(tài)中，讀取光照數據并顯示，如下圖所示：

在4狀態(tài)中，讀取水分數據并顯示，如下圖所示：

最后，關閉串口通信。

由于RS-485總線具有抗干擾能力強的優(yōu)點，適合用于可靠性要求高的場合，本節(jié)介紹的智能農業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)采用RS-485總線作為每個子節(jié)點與總站的通信方式，如果需要檢測的面積較大，監(jiān)測密度較為稀疏，RS-485總線方式需要很多的線材，則采用ZigBee無線通信方式更為實用。由于農業(yè)專業(yè)的傳感器價格較為昂貴，本部分采用較為低廉的傳感器來實現了一個簡易的監(jiān)測，如果需要專業(yè)應用，則需要購買農業(yè)專用的傳感器。

項目資源下載請參見：LabVIEW Arduino RS-485智能農業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)【實戰(zhàn)項目】

總結

以上是生活随笔為你收集整理的LabVIEW Arduino RS-485智能农业监测系统（项目篇—4）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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