关于MciroPython的智慧农业检测控制系统

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。

我们以大棚监测控制系统为目标，使用TPYBoard  v102开发板、光照传感器、温湿度传感器、土壤湿度传感器、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： TPYBoard v102开发板作为主控板，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。

一、实验器材

展示效果图

实物图

二、程序设计原理

（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。

三、硬件接线 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。

接下来，我们做开发板与各个传感器、继电器等之间的连线。

我们用步进电机来控制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，我们一个小风扇在上面。

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：

四、源程序

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main.py、dht11.py、stepermotor.py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。

dht11.py源程序 

import pyb
from pyb import UART
from pyb import Pin,delay,udelay
import time
class DHT11:
    def __init__(self,pin_name):
        time.sleep(1)
        self.N1 = Pin(pin_name, Pin.OUT_PP)
        self.PinName=pin_name
        pyb.delay(10)
    def read_data(self):
        self.__init__(self.PinName)
        data=[]
        j=0
        N1=self.N1
        N1.low()
        delay(20)
        N1.high()
        N1 = Pin(self.PinName, Pin.IN)
        udelay(30)
        if N1.value() != 0:
            return [0,0]
        while N1.value()==0:
            continue
        while N1.value()==1:
            continue
        while j<40:
            k=0
            while N1.value()==0:
                continue
            while N1.value()==1:
                k+=1
                if k>100:break
            if k<3:
                data.append(0)
            else:
                data.append(1)
            j=j+1
        print('Sensor is working')
        j=0
        humidity_bit=data[0:8]
        humidity_point_bit=data[8:16]
        temperature_bit=data[16:24]
        temperature_point_bit=data[24:32]
        check_bit=data[32:40]
        humidity=0
        humidity_point=0
        temperature=0
        temperature_point=0
        check=0
        for i in range(8):
            humidity+=humidity_bit[i]*2**(7-i)
            humidity_point+=humidity_point_bit[i]*2**(7-i)
            temperature+=temperature_bit[i]*2**(7-i)
            temperature_point+=temperature_point_bit[i]*2**(7-i)
            check+=check_bit[i]*2**(7-i)
        tmp=humidity+humidity_point+temperature+temperature_point
        if check==tmp:
            print('temperature is',temperature,'-wet is',humidity,'%')
        else:
            print('Error:',humidity,humidity_point,temperature,temperature_point,check)
        return [str(temperature),str(humidity)]

main.py源程序

from pyb import Pin
from pyb import ADC
from stepermotor import SteperMotor
from dht11 import DHT11
#0:亮 1:暗
light = Pin('X22',Pin.IN)
#0:湿 1:干
hum = Pin('Y11',Pin.IN)
dht = DHT11('Y12')
#继电器低电平触发
water = Pin('X12',Pin.OUT_PP)
fan = Pin('X11',Pin.OUT_PP)
water.value(1)
fan.value(1)
#步进电机
Pin_All=[Pin(p,Pin.OUT_PP) for p in ['X21','X20','X19','X18']]
#转速(ms) 数值越大转速越慢 最小值2ms
sm = SteperMotor(pin = Pin_All,speed=2)
hood = False #记录遮光罩的状态，默认是关闭
def readTaHData():
    DATA = dht.read_data()#读取温湿度的值
    print(DATA[0],'℃')
    print(DATA[1],'%')
    #温度大于25度，打开风扇，进行通风
    if int(DATA[0]) > 21:
        fan.value(0)
    else:
        fan.value(1)
if __name__ == '__main__':
    while True:
        readTaHData()
        h_d = hum.value()
        print('hum:',h_d)
        if h_d:
            #土壤较干，打开抽水泵进行浇水
            water.value(0)
        else:
            #土壤较湿，关闭抽水泵停止浇水
            water.value(1)
        l_d = light.value()
        print('light:',l_d)
        if l_d:
            #光线较暗，启动步进电机，关闭大棚的遮光罩
            if hood:
                sm.steperRun(-360)
                sm.steperRun(-360)
                hood = False
        else:
            #光线较亮，启动步进电机，打开大棚的遮光罩
            if not hood:
                sm.steperRun(360)
                sm.steperRun(360)
                hood = True

stepermotor.py源程序

# main.py -- put your code here!
import pyb
from pyb import Pin
Pin_All=[Pin(p,Pin.OUT_PP) for p in ['X1','X2','X3','X4']]
STEPER_ROUND=512 #转动一圈(360度)的周期
ANGLE_PER_ROUND=STEPER_ROUND/360 #转动1度的周期
class SteperMotor():
    def __init__(self,pin = None,speed=2):
        if pin != None:
            self.Pins = pin
        else:
            self.Pins = Pin_All
        self.Speed =  speed
    #私有方法
    def __SteperWriteData(self,data):
        count=0
        for i in data:
            self.Pins[count].value(i)
            count+=1
    def __SteperFrontTurn(self):
        speed = self.Speed
        self.__SteperWriteData([1,1,0,0])
        pyb.delay(speed)
        self.__SteperWriteData([0,1,1,0])
        pyb.delay(speed)
        self.__SteperWriteData([0,0,1,1])
        pyb.delay(speed)
        self.__SteperWriteData([1,0,0,1])   
        pyb.delay(speed)
    def __SteperBackTurn(self):
        speed = self.Speed
        self.__SteperWriteData([1,1,0,0])
        pyb.delay(speed)
        self.__SteperWriteData([1,0,0,1])   
        pyb.delay(speed)
        self.__SteperWriteData([0,0,1,1])
        pyb.delay(speed)
        self.__SteperWriteData([0,1,1,0])
        pyb.delay(speed)
    def __SteperStop(self):
        self.__SteperWriteData([0,0,0,0])
    def steperRun(self,angle):
        val=ANGLE_PER_ROUND*abs(angle)
        if(angle>0):
            for i in range(0,val):
                self.__SteperFrontTurn()
        else:
            for i in range(0,val):
                self.__SteperBackTurn()
        angle = 0
        self.__SteperStop()

五、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）。