基于MQTT智能农业系统设计与实现.docx

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1、基于MQTT智能农业系统设计与实现1摘要智能农业是随着 Internet 的普及运用而发展起来的一门技术，他是集新兴的互联网、移动互联、云计算和物联网技术为一体，依托在现场的各种传感器节点（空气温度传感器、空气湿度传感器、光照传感器，土壤湿度传感器、二氧化碳传感器）和无线网络共同实现农业生产过程中的各阶段的智能感知、预警、收集、分析、决策，为农业生产供应可视化的管理和智能化的决策。MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议），是一种基于发布/订阅（publish/subscribe）模式的轻量级协议，该协议构建于TCP/IP 协议之上

2、，MQTT 最大优点在于，可以以极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备供应实时牢靠的消息服务。作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议，使其在物联网、小型设备、移动应用等方面有较广泛的应用。可以完整的体现出我对于学问的综合运用和理解。本系统通过前端开发和后端开发的结合，以及充分利用 JAVA 这个主流的脚本语言，实现了一个功能健全的智能农业系统 关键字：智能农业 ；物联网 ；传感器 ；MQTT2目录 第一章绪论 . 1 第一节智能农业探讨的目的 . 1 其次节智能农业探讨的背景 . 1 第三节智能农业探讨的意义 . 1 第四节智能农业探讨的主要工作 . 2 第五节智能农业探讨结构支配 . 2其

3、次章智能农业系统的需求分析与概要设计 . 4 第一节需求分析 . 4其次节系统架构设计 . 5第三节系统功能模块设计 . 8 第四节开发原则 . 9 第三章智能农业系统的具体设计与实现 . 11 第一节开发语言及开发工具简介 . 11 其次节智能农业系统感知层设计与实现 . 12 第三节智能农业系统网络层设计与实现 . 21 第四节智能农业系统应用层设计与实现 . 27第四章智能农业系统的测试 . 34 第一节智能农业系统感知层测试 . 34 其次节智能农业系统网络层测试 . 35 第三节智能农业系统应用层测试 . 363 第五章总结与展望. 39 第一节工作总结 . 39 其次节工作展望 .

4、 394 第一章绪论第一节 智能农业探讨的目的智能农业是以在农业生产过程中节约人力、降低人工误差、提高经济效益为目的，为了实现农业种植的高效和精准化管理，实现科技对农业的贡献，促进农业由人工化向智能化转变，并在肯定程度上变更我国农业的发展方向。其次节 智能农业探讨的背景我国人口占世界人口的 20%左右，我国耕地面积只占世界耕地面积的 7%。所以高效的种植方法对于我国的农业国情来说是至关重要的。我国是世界上最大的发展中国家，同样也是世界上第一大农业国，每年果蔬类产品的生产量和出口量占比居世界首位。但我国农产品发展面临着一系列问题，如质量不高，食品平安问题频发等等，政府及有关部门也意识到了食品平安

5、问题关乎我国农业发展命脉，因此加大了对食品平安的管理和调控力度，当前我国传统农业正在经验转型，向着标准化、集约化的方向快速发展。在农业生产过程中，农作物的生长与自然界的许多因素有着密不行分的关系，在农作物的生长过程中空气的温度、空气的湿度、土壤的湿度、空气中 CO2的浓度、光照的条件都会对农作物的生长产生肯定的影响，而人工的操作存在很大的不确定性，农业生产也就成为了一种开放式管理，管理达不到精细化。劳动力成本的不断提高也使传统农业得不到有效的发展，因此，将先进的技术与传统的农业相结合，智能农业随之产生。第三节 本文探讨的意义在传统的农业中，人们获得农业信息的方式主要以人工测量或推断，获得过程费

6、时费劲，且误差较大。而通过运用无线传感器网络可以在降低人工成本的同时更加精确的获得农作物的环境信息及农作物信息。在智能农业中，大量的传感器节点编制成一张巨大的监控网络，通过各种传感器节点传回的数据，系统接收并分析数据刚好的发觉问题并精确地针对问题作出相应有效的反馈。农业渐渐从以人力为中心转换成以信息为中心。传统农业，浇水、施肥、打药，农夫全凭阅历、靠感觉。而智能农业可以依据数据进行更加精确地计算并推断出此时农作物是否应当浇水、施肥、打药。智能农业技术显著提高了传统农业的管理水平，在农作物生长的各个阶段都能有效精确的的作出相应的反应。传感器实现农业环境的实时监测及采集，利用智能物联网对采集的数据

7、进行远程传输，为农作物供应精准的科学调控，提高了农作物的生长环境，不仅可以使农作物获得最佳的生长条件，更可以提高农作物的产量。第四节 本文的主要工作对农业管理过程中无线传感器的应用进行探讨，在农业大棚中通过布置无线传感器实现对大棚环境的自动限制，本文所设计的系统以 MQTT 无线传感网为5 组网技术为基础，该系统所实现的功能包含下述几点，现对其进行介绍如下：1.监测空气温度、湿度，自动将检测的数据传输到后台网站并自动绘制线性统计图。2.监测土壤湿度保持在 500-800 区间，若土壤湿度低于 500，系统自动发生警报并自动启动水泵，为农作物供应浇水，当土壤湿度达到规定值时，浇水系统自动停止。3

8、.监测农作物的光照保持在 10-50 区间，若光照强度高于 50 时，系统自动报警并自动启动遮阳板，为农作物供应遮阳，当光照强度达到规定值时，遮阳板自动收回，保证农作物的光照时间及条件，低于 10 时，系统发生报警并自动开启补光灯。4.监测农作物生长环境的 CO2 浓度保持在 200-500 区间，若 CO2 浓度高于500，系统自动报警，并自动启动排风扇，当 CO2 达到规定值时，排风扇自动停止，保证农作物的 CO2 的生长环境。5.各传感器实时监测数据并发送给后台网站，后台系统自动储存并绘制出线性统计图，用户可通过网站时事视察农作物的生长环境。6.用户可在后台主动启动、关闭各继电器，保证用

9、户可以实施限制农作物的生长环境。7.各传感器规定区间可自行设置，可以满意各种农作物的生长环境。8.系统运行稳定、平安牢靠。第五节 本文的结构支配该系统以 MQTT 无线传感网为组网技术为基础设计了基于无线传感网络的智能农业大棚管理技术。大棚内作物的强壮成长须要有一个适合的环境，例如温度、湿度、光强、二氧化碳浓度等条件。所以就须要大棚对这些因素进行限制，让不同作物能在不同季节或顽皮的环境下高效的生长，达到对 作物产期的调整、提高产量、促进作物发育的要求。所以须要在大棚中安装监测以及限制温度、湿度、二氧化碳浓度以及光照的设备，然后传入 PC 机进行限制，来创建作物生长最佳的环境。本次设计的主要任务

10、是：在大棚中通过布置传感器来完成大棚内温湿度以及关照强度等影响作物生长的参量测量，再将这些参数传到 PC 中，在 PC机中测量值与设定值进行比较，来限制大棚内冷风机、热风机、通风扇、遮阳板、二氧化碳发生器、浇灌等设备，使得大棚内这些因素达到适合作物生长的条件。该系统由三层结构组成，低层为由无线传感器组成的数据采集网组成，中层为由带有Wi-Fi功能的网关组成的通信层，改层的主要功能是实现数据分析以及处理，上层为应用层，实现对系统的远程监控，采纳 Web 方式构建。1）就当前农业大棚监控系统需求以及探讨现状进行分析，基于需求分析基础完成自动监测方案的设计。2）系统的底层采纳无线传感网进行环境感知，

11、低层中由具备无线通信实力的若干通信节点，节点采纳 ESP8266，该芯片中内嵌的传感器和实现对温湿度、二氧化碳的检测。这些通信节点部署在大棚的各个角落之中，其中无线通信节点的主要功能是对大棚中的环境参数信息进行实时测量，并将测量结果传输到单片机机中进行处理。协调器的主要功能是实现传感器信息的统一处理，包含储存节点信息、建立通信网络等等；路由节点的主要功能是将申请加入无线通信网络中的节点纳入无线通信网络，并实现纳入通信网络节点和其他节点之间的管理以及6 维护。3）上位机通过 JAVA 语言进行开发，最终系统可在移动设备上完成采集环境参量的实时显示，具备历史数据分析以及报警等多种功能，形成完整的大

12、棚环境参数限制系统。其次章智能农业系统的需求分析与概要设计第一节需求分析 温室大棚环境监控中，传统的分区分时的人工测量方法存在着滞后性大，在较大的测量量下不能够保证数据精度等问题，例如浇水、遮阳、排风等主要由人工去完成，费时费劲的同时还不能依据环境的改变刚好精确的作出相对应的解决方案。所以能同时保证数据精度和刚好性的无线通信技术明显会让测量过程和结果变得更加简便和牢靠。在大数据技术快速发展的时代，这种传统的管理方式难以满意现代化的生产需求，随着人工智能技术的快速发展，物联网技术为智能农业系统的发展创建了条件 1 。智能农业系统可以在农作物生长的各个阶段供应刚好、精确的自动化服务，在降低人工成本

13、的同时还可以保证农作物在生长过程的各个阶段都可以得到相适应的环境。7 本次智能农业系统温需求分析包含三个层面，分别为温室环境感知层、数据传输层以及系统应用层需求分析，现在对总体方案设计中不同结构层进行具体论述如下。该系统感知层采纳了WIFI ESP8266模块 2 为处理器核心，同时结合ESP8266 中内嵌的具备无线通信实力的若干通信节点构建，这些通信节点部署在大棚的各个角落之中，其中无线通信节点的主要功能是对大棚中的环境参数信息进行实时测量，并将测量结果传输到单片机中进行处理。协调器的主要功能是实现传感器信息的统一处理，包含储存节点信息、建立通信网络等等；路由节点的主要功能是将申请加入无线

14、通信网络中的节点纳入无线通信网络，并实现纳入通信网络节点和其他节点之间的管理以及维护。感知层中传感器将采集到的温湿度信息传输到单片机中进行处理，这种低成本高效的硬件设计为智能农业系统的应用和推广奠定了基础，ESP8266 芯片实物图如下所示。图 2-1 ESP8266 芯片 智能农业网络层需完成数据传输任务，数据传输任务即在互联网基础上实现不同应用层和远程用户 之间的数据传输和获得，主要实现 wifi 网络与远程限制wifi 网络之间的信息数据交互，在现场局域网中所采纳的自组网协议为 ZigBee，在远程广域网络中采纳的的则为互联网传输技术，用户通过打开检测网页即可实现大棚环境信息的了解和驾驭

15、，并基于来实行相应的限制措施。系统应用层是实现用户和设备完成人机交互的重要一层，同时改层也体现了人性化特征，是系统应用层为多种解决方案的集合，系统应用层的主要功能是实现环境感知，并将协调器发送的数据进行处理，依据处理过的信息指令来限制大棚中的环境参数，用户可在限制界面中实现传感器的查看、修改以及共享，并展示感知层数据信息，基于感知层所检测的信息，系统可自动判别当前大棚中的环境温度值以及二氧化碳浓度值等指标是否在规定值之间，若低于规定值刚好向用户发出警报消息并自动启动相应的继电器限制用电器起先工作。传统的应用层须要操作人员进行手工操作，效率不高，同时也可能造成误操作等现象，随着人工智能的快速发展

16、，实现农作物从播种到收获的无人化，数字化，自动化才是真正的智能化农业，在手机普及的今日，用户可以通过手机实时查看农作物的生长环境，假如须要可以通过手机登录网站对各用电器进行限制，保证农作物的生长环境始终处于最佳状态。8其次节系统架构设计智能农业系统为大棚内作物的生长供应一个适合的环境，例如温度、湿度、光强、二氧化碳浓度等条件，让不同作物能在不同季节或顽皮的环境下高效的生长，达到对 作物产期的调整、提高产量、促进作物发育的要求。所以须要在大棚中安装监测以及限制温度、湿度、二氧化碳浓度以及光照的设备，然后传入主控模块进行限制，来创建作物生长最佳的环境。本次设计的主要任务是：在大棚中通过布置传感器来

17、完成大棚内温湿度以及关照强度等影响作物生长的参量测量，再将这些参数传到主控模块，在主控模块中测量值与设定值进行比较，来限制大棚内冷风机、热风机、通风扇、遮阳板、二氧化碳发生器、浇灌等设备，使得大棚内这些因素达到适合作物生长的条件。温室大棚的总体方案设计包含三个层面，分别为温室环境感知层、数据传输层以及系统应用层，系统总体架构也分为三层 3 ，本文所设计的智能农业系统功能模块图如下所示。图 2-2 系统功能模块图9图 2-3智能农业系统架构设计 对智能农业系统架构进行分析可知，感知层的主要功能是实现大棚环境信息的实时采集，并完成数据发送和处理，因此本系统采纳 ESP8266 作为主控芯片，传感器

18、模块采纳常见的 DHT11 温湿度传感器、二氧化碳浓度传感器以及光照强度传感器，利用继电器来完成浇灌系统以及遮光系统动作。ESP8266 主控芯片同服务器连接，并检测系统是否发出恳求，同时完成系统恳求信息的处理和响应，除此之外，主控芯片将采集的数据进行处理后擦混输到服务器之中，服务器将数据进行分析和记录，为后续限制供应数据技术。本次所设计的温湿度检测系统中电路有三种不同的供电方案，分别为 USB、直流电和电池。但在实际应用中。这样的系统因为自身电路特点和技术要求，只适合用电池供电。USB 和直流电供电电压过高，功耗也不达要求，效果不稳定。所以此处采纳电池供电，利用稳压器件将电压转化为适合该电路

19、的 3.3V，为ESP8266 进行供电，满意系统需求。10系统感知层架构设计 4 - 2 图智能系统中的网络层主要功能是接收感知层的数据信息，并实现传输吩咐的分发以及其他数据信息的储存和处理。在网络层中选用云服务器，同时结合 mysql 数据库与 javaee 技术来实现信息的储存以及中转等，云服务器可实现感知层数据的处理以及相应恳求接入限制。智能农业系统应用层的主要功能是实现设备的限制，包含设备状态的监测以及界面交互的检测等等馈。图 2-5应用层架构设计11 系统应用层的设计依靠于网页展示各传感器监测数据，可依据自动生成的线性统计图视察某一时间断农作物生长的环境。应用层的主要功能是实现用户

20、和系统的交互，也是本文所设计的智能农业系统中的核心层，用户具有全部设备的最高限制权限，同时可完成设备管理、限制截面交互更新等。应用层在逻辑设计过程中较为困难，其逻辑性优异与否将干脆英系那个用户体验，因此应用层设计也是设计的重中之重。第三节 系统功能模块设计本节具体介绍了系统功能模块的设计与划分，同时对不同模块的详细功能以及设计过程予以论述，本文所设计的智能农业系统功能模块设计包含三层，分别为感知层、网络层以及应用层。感知层由具备无线通信实力的若干通信节点组成，以 ESP8266 主控芯片为核心 4 ，该芯片中内嵌的传感器和实现对温湿度、二氧化碳的检测。这些通信节点部署在大棚的各个角落之中，其中

21、无线通信节点的主要功能是对大棚中的环境参数信息进行实时测量，并将测量结果传输到单片机机中进行处理。协调器的主要功能是实现传感器信息的统一处理，包含储存节点信息、建立通信网络等等 5 。DHT11 温湿度传感模块相较于传统的传感器而言具有更大的测量优势，例如可实现温度和湿度信息的同时测量，因而相较于传统的测量系统而言结构更为简洁，且可有效节约与单片机的通信结构，具有较强的抗静电、抗干扰、防止和其它不相干设备相互连接等诸多的爱护功能，同时拥有着特殊强的复原功能，也拥有着对一些酸碱环境气体等反抗的手段。该传感器可将采集到的信号转换为电信号并发送给 ESP8266。DHT11 引脚分别为数据输接口、V

22、CC、GND。图 2-6DHT11 温湿度传感器 本文所设计的智能农业系统采纳继电器实现对执行机构的限制，继电器和无线通信模块相互连接之后实现无线限制功能，系统主要工作流程为在大棚中通过布置传感器来完成大棚内温湿度以及关照强度等影响作物生长的参量测量，再将这些参数传到主控芯片，在主控芯片中测量值与设定值进行比较，来限制大棚内12 冷风机、热风机、通风扇、遮阳板、二氧化碳发生器、浇灌等设备，使得大棚内这些因素达到适合作物生长的条件。继电器实物图如下所示：图 2-7继电器 本系统网络层的主要功能是实现设备管理、信息传输以及信息中转。网络层采纳具备公网 IP 地址的阿里云 ECS 服务器，通过 wi

23、fi 实现与云服务器的通讯，两者之间的信息交互通过 MQTT 协议传输，智能农业系统汇总云服务器利用javaee 开发工具进行开发，数据库则采纳 mysql 数据库。云服务器的主要功能是实现用户信息的储存，同时供应用户注册、登录以及限制吩咐的转发等功能。第四节 开发原则在进行系统开发时首先须要深化了解用户需求，并对系统的软硬件模块进行设计，通过软硬件模块的组合可实现用户需求，并制定具体的设计方案，主要完成系统的细微环节部分设计，具体论述系统每一功能模块的详细作用，并将该功能模块的原理进行说明，最终在设计说明书中予以体现。其次，在进行系统开发时要依据用户需求完成各种功能的开发和设计，在进行功能模

24、块设计时要保证系统可实现预期功能，同时也要满意用户所提出的诸多需求，在软件开发和设计过程中要利用好软件开发工具，并解决软件开发中存在的漏洞，在软件开发完毕之后须要进行系统功能测试，保证系统可实现预期全部功能，同时保证功能模块之间能够实现正常协作，使系统作为一个整体高效运转。通常，若非不得已，尽量不要对最初拟定的系统设计方案进行更改，若有更改需求，须要与用户进行协商后确定。最终在软件和硬件开发完毕之后须要完成系统的测试以及系统验收，系统测试和验收过程是为了保证设计的系统可达到用户提出的需求，具备完整性。在系统测试的过程中若出现问题，则由设计人员刚好予以修正和完善。13第三章 智能农业系统的具体设

25、计与实现第一节 开发语言及开发工具简介 将介绍系统感知层、网络层以及应用层开发过程中 运用的开发工具以及开发语言。感知层硬件开发包含主控芯片程序的编写和上传，温湿度传感器数据读取函数的编写、动作模块限制函数的编写以及 MQTT 协议应用函数编写等等。在感知层 硬件开发中所适用的开发语言为 C 语言，开发工具为 IDEArduino 。IDEArduino 与当前的主流操作系统，如 windows 等均具有良好的兼容性，除了 Arduino 之类，其余主流限制器所能兼容的操作系统通常较少，只能在Windows 上实现开发。就初学者来说， IDEArduino 具有操作相对简洁，敏捷性高等诸多优势

26、。Arduino 语言基于 wiring 语言开发，是对 AVRGCC 库形式，对于初学者而言也可轻松驾驭，在简洁了解 Arduino 之后即可通过电路原理图来实现开发。通过 IDEArduino 开发主控芯片可同时实现数据传输、处理以及限制实力。图 3-1Arduino IDE 编译器 网络层开发主要是基于 HTTP 服务器实现的，本系统采纳的服务器为 ECS云服务器，基于此利用 JavaEE 开发工具 mysql 数据库进行开发。开发工具为IntelliJ IDEA。JavaEE 是一种面对对象的程序语言平台，采纳 Java 语言开发，在结构上与C+有很大的相像之处，不过相较于 C+要更为

27、简洁。JavaEE 拥有更为强大的功能，囊括了其他程序语言的大部分优点，相较于 C+语言，其更为简洁清楚，不14 但无需运用指针，其可以被视为是中立的4 。JavaEE 已成为诸多好用性技术的标准平台 8 。图 3-2IntelliJ IDEA Community Edition 应用层采纳 Android 开发，采纳 Java 语言，开发环境为 StudioAndroid 。在Android 系统中，开发者可利用 Java 语言来实现对程序的编写，进而在此基础上设计出相应的应用软件，除了该 Java 之外，开发者也可通过其他语言来实现应用程序的编写和开发，在进行程序编写和开发时须要解决的重点

28、问题之一是如何实现程序的高效开发，同时保证系统 具有预期的全部功能。本文所设计的智能农业系统网站端的 TargetSDK 为 27apiAndroid 。图 3-3StudioAndroid其次节 智能农业系统感知层设计与实现 本节主要介绍系统所应用的硬件类型以及工作原理、接线方式和环境搭建以及函数编写等等。感知层的主要功能是实现数据的分发，并实现恳求响应，完成限制，本系统应用于大棚之中，考虑到农业大棚中的场地限制，硬件结构应紧凑，价格便宜，同时具备通讯功能，综合考虑各类条件之后选择主控模块为 ESP8266 芯片。该芯片具备强大的数据处理功能，可实现传感器数据信息的获得和传输。ESP8266

29、 主控芯片 10 引脚分别如图 2-12 所示。VCC 接电源端，；GND 接地线；CH_PD 直流电高电平端；RST 为复位引脚，且该引脚信号为低电平常进行复位 RX、TX 的主要功能是实现数据通信；GPIO0 口与 GPIO1 口为输入输出接口，可与外接设备如传感器相连接，具备肯定的功能扩展性。15图 3-4主控芯片引脚图 接下来对系统各模块之间的连接方式进行说明，系统通过小风扇来对大棚进行温度限制，小风扇连接芯片的 GPIO0 引脚，继电器引脚分别连接电源正负极以及数据读接口；温湿度传感器与电源正负极以及输出输出接口相连，实现温湿度传感器和主控芯片之间的数据传输； 在完成硬件模块搭建之后

30、利用 IDEArduino 进行开发， IDEArduino 与当前的主流操作系统，如 windows 等均具有良好的兼容性，除了 Arduino 之类，其余主流限制器所能兼容的操作系统通常较少，只能在 Windows 上实现开发。就初学者来说， IDEArduino 具有操作相对简洁，敏捷性高等诸多优势。Arduino 语言基于 wiring 语言开发，是对 AVRGCC 库形式，对于初学者而言也可轻松驾驭，在简洁了解 Arduino 之后即可通过电路原理图来实现开发。通过 IDEArduino 开发主控芯片可同时实现数据传输、处理以及限制实力。安装 IDEArduino 后需安装 Comm

31、unityESP8266 byesp8266 插件，该插件的主要功能是实现主控模块开发。图 3-5开发板安装16 开发过程详述如下：在菜单工具栏中找到开发板管理器，并搜寻 ESP8266，并选择插件 esp8266 by ESP8266 Community 进行安装，完成安装之后即可选择Generic ESP8266 Module 开发板。此时已经完成开发环境搭建，在下文中将重点介绍各模块程序以及函数的编写过程。Arduino forESP8266 函数编写包含 setup() 函数和 loop() 函数。setup() 的主要功能是实现系统的初始化，在程序写入芯片之前须要调用该函数来完成昔年

32、初始化， loop() 的主要功能是实现循环调用。风扇开关函数函数编写步骤如下：1. 完成引脚初始化 2. 在 loop()函数中实现限制信息开关 3. 风扇与 ESP8266 芯片数字结构相连。 图 3-6开关示例代码 上图为部分开关代码，将该代码烧录之后即可实现对应限制程序的调用，实现对风扇的限制。在完成开关代码辨析而之后须要实现接口函数的编写，将 ESP8266 接入WIFI 网络，并利用 MQTT 协议建立与服务器的连接。首先调用初始化函数完成初始化，随后添加 WIFI 热点信息，其包含热点名称、密码等。随后调用循环函数接入网络，该芯片接入网络后利用 MQTT 访问服务器指令，获得该指

33、令信息之后即可实现对小风扇的开关。其代码如下：17图 3-7主控芯片接入 WIFI 示例代码 在 addAP()函数中两种重要参数分别为 wifi 热点名称与密码，该函数的主要功能是将信息写入芯片之中并等待连接。图 3-8主控芯片接入 WIFI 示例代码 Setup_wifi 函数调用之后会返回当前主控芯片的介入状态，若显示wifi connected则说明已经完成连接，随后利用 MQTT 进行通讯，通过 GET 恳求方式获得服务器限制值，并设置 URL，完成设置后恳求获得对应的限制值，若得到的限制值为on则开大用电器，若为off则关闭。到至此完成了感知层对小风扇的限制程序编写，将代码写入主控

34、新盘值周只要从 MQTT 服务器处理恳求即可完成小风扇的限制。在完成 ESP8266 连接小风扇后要实现限制继电器函数编写，继电器的引脚分别连接电源正负极以及输入读接口。因此在继电器函数编写的过程中与小风扇类似。18 最终介绍与主控模块相连的其他个各类传感器设备，将各类传感器与主控芯片连接之后，运用 MQTT 协议将输出结果传输到服务器之中完成数据通信。ESP8266 芯片接入 WIFI 过程与小风扇相同，主控芯片对于消费山和继电器的限制均采纳数据输出口，而传感器的数据采集则需将数据输出口当做输入口运用。首先介绍 dht11 的配置过程，第一步须要测试主控芯片是否能够正确获得传感器测量的数据信

35、息，在完成初始化函数编写之后须要调用全局变量，实现传感器检测数据的保存，变量初始化部分代码如下：图 3-9温湿度传感器变量初始化示例代码 在完成温湿度传感器变量初始化之后完成完成串口输出的初始化，在完成串口输出初始化之后系统可通过主控模块从传感器中读取大棚中的环境参量。在 loop()函数中调用下载好的 midity() DHT.readHu 与 ) mperature( DHT.readTe两个函数获得传感器温度数据，获得后利用串口通讯将数据传输到串口，代码十里如下所示，其中 delay()函数的主要功能是实现休眠时间设置，防止芯片长时间工作而造成的损坏。19图 3-10主控芯片接入 DHT

36、11 示例代码 在此时打开串口系统之后即可视察到串口输出的传感器检测数据，若将检测数据信息与设定的阈值信息进行比对之后没有异样，则系统起先完成程序编写。根据上述步骤完成 ESP8266 连接测试后须要将这些数据进行处理，并利用MQTT 协议降数据传输至服务器，并存入数据库中便利用户在以后工作中查找有关的数据，并对其进行相关的分析与处理。ESP8266PubSubCilentTools 为 ARDUINO IDE 为 ESP8266 芯片供应的类，其主要功能是实现芯片网络交互，宏定义 DHT11DHTTYPE 声明白所运用的传感器为温湿度传感器 DHT11 ，宏定义 DHTPIN 定义了 DHT

37、11 传感器所适用的引脚，DHTTYPE), dht(DHTPINDHT 为获得 DHT11 供应了工具示例、 在初始化函数中调用 OUTPUT) D_BUILTIN, pinMode(LE 函数完成引脚的初始化，在主控芯片上连接一个蓝色 LED 灯引脚接口，该指示灯的主要功能是提示当前芯片是否连入 WIFI，接入则不发光，未接入则发光，因此对于用户而言可通过视察灯的亮灭来推断芯片是否胜利接入网络之中。在初始化函数中定义常量 humidity、temperature，期主要功能是保存温湿度20 传感器数据用，dht.readHumidity()函数的返回值即采集到的湿度信息，dht.readT

38、emperature()函数返回值为温湿度采集的温度信息，用来推断 humidity、temperature 两个变量是否为空，假如为空则返回中断此次循环。在拼接完字符串以后调用函数，在函数语句 callback( )为 ESP8266 调用协议返回值，其主要功能是推断恳求是否胜利。因此因此对于用户而言可通过视察灯的亮灭来推断芯片是否胜利接入网络之中，推断主控芯片的运行状况。其次介绍土壤湿度传感器的配置过程，第一步须要测试温湿度传感器是否能够实现预期的功能，在完成初始化函数编写之前需定义全局变量。在 loop()函数中编写代码并上传来获得测量的数据信息，在读取数据之后可利用串口通讯将数据传输到

39、串口。如图 3-10图 3-11 土壤湿度传感器数据采集 此时打开串口系统可以看到串口输出的土壤湿度数据，对比四周环境假如没有异样，系统便可以起先进行下一步的程序编写。在完成温湿度传感器与 ESP8266 连接数据的测试以后，紧接着须要将这些数据稍做处理运用 MQTT 协议将数据结果传输到服务器，并存入数据库中便利用户在以后工作中查找有关的数据，并对其进行相关的分析与处理。然后介绍光照传感器的配置过程，第一步系统须要测试 ESP8266 获得传感器光照强度测量数据是否正常，在编写初始化函数之前系统须要做一些全局变量来保存数据与初始化光照传感器。该光照传感器采纳i2c协议，调用arduino i

40、de中自带的wire库进行程序部署。在完成变量初始化之后起先初始化数据读入 i2c 特用的 scl 和 sda 输出口以及初始化串口输出，此处系统运用串口通讯来显示 ESP8266 从光照传感器中读取的值。在 loop()函数中编写代码并上传来获得光照传感器采集的数据，依据传感器运用说明书的建议，对采集到的数据除以 1.2，用来减小测量过程中不行避开的误差，从而确保测量值的精确性。每次获得之后就运用串口通讯将数据发送给串口。如图 3-1021图 3-12 土壤湿度传感器数据采集 此时打开串口系统可以看到串口输出的光照强度数据，同时将测量的环境光照强度与设定的阈值进行比较，若在允许的范围之内，则

41、接下来须要完成程序编写。实现传感器和主控芯片的连接数据测试之后须要利用 MQTT 协议将数据结果传输到服务器之中，并存入数据库中便利用户在以后工作中查找有关的数据，并对其进行相关的分析与处理。最终介绍 CO2 传感器的配置过程，第一步须要测试主控芯片获得大棚中的二氧化碳浓度数据是否正常，在完成初始化函数编写之前须要定义一些全局变量实现数据保存，完成 CO2 传感器初始化。在完成变量初始化之后起先初始化数据读入的模拟量输出口和初始化串口输出，在本文所设计的系统中利用串口通讯显示主控模块从传感器读取的二氧化碳浓度值。在 loop()函数中编写代码并上传来获得传感器采集的数据信息，在完成数据信息获得

42、之后利用串口通讯实现数据发送。如图 3-10图 3-13 土壤湿度传感器数据采集22 此时打开串口系统可以看到串口输出的 CO2 浓度数据，同时将测量的环境二氧化碳浓度与设定的阈值进行比较，若在允许的范围之内，则接下来须要完成程序编写。实现传感器和主控芯片的连接数据测试之后须要利用 MQTT 协议将数据结果传输到服务器之中，并存入数据库中便利用户在以后工作中查找有关的数据，并对其进行相关的分析与处理。值得一提的是，在开发过程中发觉该传感器有个特殊之处，该传感器开发厂商内置编排了一套独特的计算体系，可供用户或探讨人员自行开发并拓展该传感器在实际运用中的工作需求。至此感知层因硬件部分函数编写完成。

43、特殊说明的是感知层所用的限制主板为 NODEMCU(一款封装好 ESP8266 的单片机物联网开发平台，该限制主板引脚与大多数常用单片机不同，在开发过程中须要特殊留意)，在设备函数编写之后须要考虑在应用层可实现对设备的运行管理，在对服务器进行通讯时要完后曾通信协议，实现设备限制时服务器发送的消息包含识别名等，传感器采集和传输数据时，传输的数据均要包含设备 ID。第三节系统网络层设计与实现 在本节中将重点介绍本文所设计的智能农业系统网络层实现过程 11 ，包含服务器选择、云服务器搭建以及服务器的部署等等。在感知层数据传输中，系统须要拥有公共网络 IP 地址计算机，实现 HTTP 协议的访问，综合考虑之后本文选择阿里云服务器，该服务器收费较低，供应的功能可满意本项目运行。在完成云服务器选择之后主要着手搭建云服务器，在搭建服务器中运用的是java