2018年一个朋友找到我想开发一套完整的农业种植的智能控制监测系统主要针对的是蔬菜大棚的智能控制基本思路就是给出一套让农民“坐在家里种地”的物联网方案。我们当时涉足智慧农业的初心就是让数据替人跑腿让机器替人干活而且还要比人种地更省心、质量更好、产量更高。今天我就以七、八年前这套方案为例拆解一下农业大棚监测与控制系统的架构。一、系统总体架构一个农业物联网系统可以抽象成四层架构感知层土壤温湿度、空气温湿度、CO2、光照、风速风向等各种传感器加上喷淋滴灌、风机、遮阳帘这些执行设备。控制层以单片机PIC/MSP430为核心的现场控制器负责采集传感器数据、执行控制指令。传输层大棚内用RS-485总线组网远距离用4G模块或LORA无线传输。应用层中控平台的组态软件可以看数据曲线、设置阈值、远程控制等。这套架构的关键在于现场控制器必须足够稳定能在无人值守的情况下24小时运行传输链路要有冗余不能因为单点故障导致整个系统瘫痪。系统示意图二、现场控制器我们设计的现场控制器核心是PIC32MX系列单片机。六路串口可以同时接多个传感器和设备工业级可靠性能在高温高湿的大棚里稳定运行。控制器的硬件构成模块功能选型主控MCU核心处理PIC32MX534F064H传感器接口采集数据RS485、I2C、ADC、开关量设备控制驱动执行器继电器输出、电机驱动通信接口数据远传4G模块、LORA模块、RS485人机交互本地显示段码液晶或LED屏电源管理稳定供电DC24V输入多路DC-DC降压关键设计点模块化设计每个传感器通道独立坏一个不影响其他。采用插拔式端子现场维护方便。冗余备份重要数据如温湿度阈值在Flash中双区备份掉电不丢失。三、传感器部署位置传感器作用棚内中央空气温湿度监测环境控制风机/湿帘棚内四周光照强度监测光照控制遮阳帘土壤不同深度土壤温湿度指导灌溉防旱防涝土壤关键区域氮磷钾、盐分指导施肥棚外风速风向、雨量预警大风暴雨自动关帘棚内CO2浓度控制通风布线的讲究RS-485总线所有传感器手拉手连接最远端加120Ω终端电阻电源线和信号线分开走管避免干扰长距离传感器如土壤温湿度用屏蔽双绞线屏蔽层单端接地四、设备控制控制逻辑的核心是阈值控制和时序控制及联动控制。比如温湿度的阀值控制、灌溉的时序控制、光照度的联动控制等。五、通信方案大棚现场的数据最终要传到管理员手机上。我们采用了混合组网方案方案A4G远传独立大棚每个大棚一个4G模块移远EC800系列控制器通过UART发送AT指令建立TCP连接数据上报到云平台手机APP实时查看方案BLORA无线多个大棚组网每个大棚一个LORA节点亿佰特E220系列一个中心网关收集所有节点数据网关通过4G统一上传节省流量费用方案CRS-485有线大棚内互联棚内所有传感器、控制器挂在同一总线上中控室工控机轮询读取数据最可靠但布线成本高我推荐的组合棚内用RS-485稳定可靠棚间用LORA免布线总网关用4G随时远程访问六、中控平台中控平台采用工业组态软件如组态王主要功能包括实时数据看板用仪表盘、曲线、柱状图展示各传感器数值历史数据查询按日、月、季生成报表可导出Excel阈值设置用户可自行调整温湿度上下限报警记录超限报警、设备故障报警按时间排序远程控制手动启停设备优先级高于自动模式权限管理管理员、操作员、只读用户不同权限与手机端对接通过云平台在微信小程序或APP中查看数据和接收报警。这套系统看起来是一堆传感器、控制器、通信模块的堆叠但本质上是一套替代人工的自动控制方案。它解决了几个核心痛点温度忘了调、浇水不准时、大风没人关帘、半夜降温没人管等等。我们从涉足智慧农业开始这几年一直把系统的可靠性、传感器的精度、控制逻辑的合理性放在首位在真实环境中一点点打磨。你在智慧农业方面有哪些建议、使用过哪些设备、传感器或者遇到过哪些问题欢迎关注我在评论区留言后续干货不断咱们一起在单片机的世界里共同进步。