MicroPython智慧农业大棚监测控制系统程序设计

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             智慧农业就是将物联网技术运用到传统农业中去，运用传感器和软件通过移动平台或者电脑平台对农业生产进行控制，使传统农业更具有“智慧”。除了精准感知、控制与决策管理外，从广泛意义上讲，智慧农业还包括农业电子商务、食品溯源防伪、农业休闲旅游、农业信息服务等方面的内容。

              智慧农业是农业生产的高级阶段，是集新兴的互联网、移动互联网、云计算和物联网技术为一体，依托部署在农业生产现场的各种传感节点（环境温湿度、土壤水分、二氧化碳、图像等）和无线通信网络实现农业生产环境的智能感知、智能预警、智能决策、智能分析、专家在线指导，为农业生产提供精准化种植、可视化管理、智能化决策。

              本次实验以大棚监测控制系统为目标，使用TPYBoardv102开发板、各种传感器、电机等，实现一个智能大棚监测控制系统的基础模型。

系统主要的技术特点：

• 监控功能系统：根据各类传感器来获取植物生长的环境信息，如监测土壤水分、空气温度、空气湿度、光照强度等参数（大家可根据自己的需求，增加其他参数，如二氧化塘、土壤温度等）。
• 自动控制系统：TPYBoardv102开发板作为主控模块，负责各个环境信息的收集与汇总，并根据以上各类信息的反馈对农业大棚内进行自动灌溉、自动降温、自动卷遮光罩等自动控制。
  

所需器件

名称	数量
TPYBoard v102开发板	1个
miniUSB数据线	1条
DHT11温湿度模块	1个
土壤湿度检测模块	1个
光敏模块	1个
继电器	2个
降压模块（AMS117-5V）	1个
按键开关	1个
18650电池	2节
18650电池盒	1个
步进电机+驱动板	1套
迷你抽水泵（5V）	1个
USB小风扇（5V）	1个
USB座，杜邦线、排针、排母	若干
洞洞板（9*15cm）	2个
PVC软水管	1个

实物图：（部分主要器件）

程序设计

（1）获取温湿度数据，当温度高于阈值时，触发继电器，打开排风扇，反之关闭；

（2）获取土壤湿度数据，当湿度低于土壤湿度检测模块的阈值时，土壤湿度检测模块的OUT引脚会输出高电平，这时触发继电器，启动水泵进行灌溉；

（3）获取光照强度数据，当光照强度高于阈值时，触发步进电机，卷起遮光罩，反之盖上。

实物连接

              先连接电源部分。电源部分主要涉及到降压模块和按键开关。先用万用表，找出按键开关中哪两个引脚是按下导通，弹起不导通的。这里，我们假设为引脚A和引脚B。

各类器件没有固定，看起来有点乱。接下来，用热熔胶把器件整齐的固定在洞洞板上。

本次我用步进电机来模块遮光罩的卷起和放开。为了能明显的看到步进电机的转动效果，我在步进电机上粘了一个塑料小风扇。

还有一处地方，就是降压模块的OUT输出电源要接到开发板上，用于给其供电。整体效果如下图：

程序调试

              接线完毕后，就要将最重要的程序放到开发板上。首先，通过USB数据线将开发板接入电脑，电脑上会出现一个类似U盘的可移动设备，名称为【TPYBFLASH】，把程序拷贝到里面即可。

              注意：操作开发板磁盘时，板载的红色LED会亮，说明开发板正在保存操作，需等待红灯熄灭再进行其他操作。

演示效果

              程序调试完，拔掉USB数据线。放入18650电池，按下按键开关即可。不同的环境下，土壤湿度和光照模块需要调节灵敏度（转换模块上的蓝色按钮）。

源程序如下:

1. Dht11.py:
   
2. import pyb
   
3. from pyb import UART
   
4. from pyb import Pin,delay,udelay
   
5. import time
   
6. class DHT11:
   
7.     def __init__(self,pin_name):
   
8.         time.sleep(1)
   
9.         self.N1 = Pin(pin_name, Pin.OUT_PP)
   
10.         self.PinName=pin_name
    
11.         pyb.delay(10)
    
12.     def read_data(self):
    
13.         self.__init__(self.PinName)
    
14.         data=[]
    
15.         j=0
    
16.         N1=self.N1
    
17.         N1.low()
    
18.         delay(20)
    
19.         N1.high()
    
20.         N1 = Pin(self.PinName, Pin.IN)
    
21.         udelay(30)
    
22.         if N1.value() != 0:
    
23.             return [0,0]
    
24.         while N1.value()==0:
    
25.             continue
    
26.         while N1.value()==1:
    
27.             continue
    
28.         while j<40:
    
29.             k=0
    
30.             while N1.value()==0:
    
31.                 continue
    
32.             while N1.value()==1:
    
33.                 k+=1
    
34.                 if k>100:break
    
35.             if k<3:
    
36.                 data.append(0)
    
37.             else:
    
38.                 data.append(1)
    
39.             j=j+1
    
40.         print('Sensor is working')
    
41.         j=0
    
42.         humidity_bit=data[0:8]
    
43.         humidity_point_bit=data[8:16]
    
44.         temperature_bit=data[16:24]
    
45.         temperature_point_bit=data[24:32]
    
46.         check_bit=data[32:40]
    
47.         humidity=0
    
48.         humidity_point=0
    
49.         temperature=0
    
50.         temperature_point=0
    
51.         check=0
    
52.         for i in range(8):
    
53.             humidity+=humidity_bit[i]*2**(7-i)
    
54.             humidity_point+=humidity_point_bit[i]*2**(7-i)
    
55.             temperature+=temperature_bit[i]*2**(7-i)
    
56.             temperature_point+=temperature_point_bit[i]*2**(7-i)
    
57.             check+=check_bit[i]*2**(7-i)
    
58.         tmp=humidity+humidity_point+temperature+temperature_point
    
59.         if check==tmp:
    
60.             print('temperature is',temperature,'-wet is',humidity,'%')
    
61.         else:
    
62.             print('Error:',humidity,humidity_point,temperature,temperature_point,check)
    
63.         return [str(temperature),str(humidity)]
    
64. 
    
65. 
    
66. # main.py
    
67. import pyb
    
68. from pyb import Pin
    
69. 
    
70. Pin_All=[Pin(p,Pin.OUT_PP) for p in ['X1','X2','X3','X4']]
    
71. STEPER_ROUND=512 #转动一圈(360度)的周期
    
72. ANGLE_PER_ROUND=STEPER_ROUND/360 #转动1度的周期
    
73. 
    
74. class SteperMotor():
    
75. 
    
76.     def __init__(self,pin = None,speed=2):
    
77.         if pin != None:
    
78.             self.Pins = pin
    
79.         else:
    
80.             self.Pins = Pin_All
    
81.         self.Speed =  speed
    
82.     #私有方法
    
83.     def __SteperWriteData(self,data):
    
84.         count=0
    
85.         for i in data:
    
86.             self.Pins[count].value(i)
    
87.             count+=1
    
88.     def __SteperFrontTurn(self):
    
89.         speed = self.Speed
    
90.         
    
91.         self.__SteperWriteData([1,1,0,0])
    
92.         pyb.delay(speed)
    
93. 
    
94.         self.__SteperWriteData([0,1,1,0])
    
95.         pyb.delay(speed)
    
96. 
    
97.         self.__SteperWriteData([0,0,1,1])
    
98.         pyb.delay(speed)
    
99. 
    
100.         self.__SteperWriteData([1,0,0,1])   
     
101.         pyb.delay(speed)
     
102.         
     
103.     def __SteperBackTurn(self):
     
104.         speed = self.Speed
     
105.         
     
106.         self.__SteperWriteData([1,1,0,0])
     
107.         pyb.delay(speed)
     
108.         
     
109.         self.__SteperWriteData([1,0,0,1])   
     
110.         pyb.delay(speed)
     
111. 
     
112.         self.__SteperWriteData([0,0,1,1])
     
113.         pyb.delay(speed)
     
114. 
     
115.         self.__SteperWriteData([0,1,1,0])
     
116.         pyb.delay(speed)
     
117. 
     
118. 
     
119.     def __SteperStop(self):
     
120.         self.__SteperWriteData([0,0,0,0])
     
121.         
     
122.     def steperRun(self,angle):
     
123.         val=ANGLE_PER_ROUND*abs(angle)
     
124.         if(angle>0):
     
125.             for i in range(0,val):
     
126.                 self.__SteperFrontTurn()
     
127.         else:
     
128.             for i in range(0,val):
     
129.                 self.__SteperBackTurn()
     
130.         angle = 0
     
131.         self.__SteperStop()
     
132. 
     
133. 温湿度main:
     
134. from pyb import Pin
     
135. from pyb import ADC
     
136. from stepermotor import SteperMotor
     
137. from dht11 import DHT11
     
138. 
     
139. #0:亮 1:暗
     
140. light = Pin('X22',Pin.IN)
     
141. #0:湿 1:干
     
142. hum = Pin('Y11',Pin.IN)
     
143. dht = DHT11('Y12')
     
144. #继电器低电平触发
     
145. water = Pin('X12',Pin.OUT_PP)
     
146. fan = Pin('X11',Pin.OUT_PP)
     
147. water.value(1)
     
148. fan.value(1)
     
149. #步进电机
     
150. Pin_All=[Pin(p,Pin.OUT_PP) for p in ['X21','X20','X19','X18']]
     
151. #转速(ms) 数值越大转速越慢 最小值2ms
     
152. sm = SteperMotor(pin = Pin_All,speed=2)
     
153. hood = False #记录遮光罩的状态，默认是关闭
     
154. def readTaHData():
     
155.     DATA = dht.read_data()#读取温湿度的值
     
156.     print(DATA[0],'℃')
     
157.     print(DATA[1],'%')
     
158.     #温度大于25度，打开风扇，进行通风
     
159.     if int(DATA[0]) > 21:
     
160.         fan.value(0)
     
161.     else:
     
162.         fan.value(1)
     
163. if __name__ == '__main__':
     
164.     while True:
     
165.         readTaHData()
     
166.         h_d = hum.value()
     
167.         print('hum:',h_d)
     
168.         if h_d:
     
169.             #土壤较干，打开抽水泵进行浇水
     
170.             water.value(0)
     
171.         else:
     
172.             #土壤较湿，关闭抽水泵停止浇水
     
173.             water.value(1)
     
174.         l_d = light.value()
     
175.         print('light:',l_d)
     
176.         if l_d:
     
177.             #光线较暗，启动步进电机，关闭大棚的遮光罩
     
178.             if hood:
     
179.                 sm.steperRun(-360)
     
180.                 sm.steperRun(-360)
     
181.                 hood = False
     
182.         else:
     
183.             #光线较亮，启动步进电机，打开大棚的遮光罩
     
184.             if not hood:
     
185.                 sm.steperRun(360)
     
186.                 sm.steperRun(360)
     
187.                 hood = True
     

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2019-8-12 20:41 上传

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不错！小型控制器，也算是智慧农业起步

国家就是需要你这样的人才666