為了解決傳統農業溫室大棚生産管理效率低、智能化程度不高等問題，通過總結目前農業現代化的發展狀況，分析具體使用方案和開發平台，由開發者以農業溫室大棚内生長的農作物為研究對象，綜合溫室環境對農作物生長影響分析，設計研發一套溫室大棚環境參數檢測、遠端監測控制、現場環境智能調節的智慧農業管理系統。
通過布置于農業現場的各傳感器采集空氣溫度、空氣濕度、光照強度、土壤濕度等環境參數。一方面，支援使用者通過電腦用戶端、手機 APP 實時監測農作物生長環境，并遠端控制溫室大棚進行灌溉、通風、遮光、采光等。另一方面，根據農作物與季節的改變，合理設定農業現場裝置的工作門檻值，以提高溫室大棚智能決策模式下的控制精度，實作農業生産的精準管理。
整體系統方案設計
本次管理系統以 STM32 為主要制核心，以 ZigBee 為終端節點。布置在農業現場的傳感器采集空氣溫度、空氣濕度、光照強度、土壤濕度等環境資訊，并通過卡爾曼濾波算法進行處理，濾除傳感器突然掉電、天氣驟變等外界條件造成的異常資料。采集到的環境參數彙聚至 ZigBee 終端節點并上傳至機智雲平台，完成資訊的存儲與處理。
ESP8266 WiFi 子產品作為搭建機智雲的媒介，通過廣域網與 STM32 主要制器連接配接。機智雲平台通過廣域網下達對終端裝置的控制指令，ZigBee 協調器負責接收控制指令，控制溫室大棚進行灌溉、遮光、通風、保溫等工作。此外，通過機智雲官方平台，開發使用者指定功能手機APP，與 ESP8266 建立區域網路連接配接，使用者借助手機應用即可了解農業現場環境狀況，并通過相應指令控制溫室大棚現場裝置的工作狀态。
系統硬體組成
- 空氣溫濕度傳感器 DHT11
其驅動庫函數如下：
u8 DHT11_Init(void); //初始化DHT11
u8 DHT11_Read_Data(u8*temp;u8*humi); //讀出溫濕度
u8 DHT11_Read_Byte(void); //讀出一個位元組
u8 DHT11_Read_Bit(void); //讀出一個位
u8 DHT11_Check(void); //檢測是否存在DHT11
void DHT11_Reset(void); //複位DHT11
- 光照強度傳感器
其轉換庫函數如下：
void Lsens_Init(void); //初始化光敏傳感器
void Adc3_Init(void); //初始化ADC3光照強度
u8 Lsens_Get_Val(void); //讀取光敏傳感器采集值
u16 Get_Adc3(u8 ch); //讀取ADC3通道轉換值
adcx1=Lsens_Get_Val(); //讀取光照值指派給變量
- 土壤濕度傳感器 FC-28
其轉換庫函數如下：
void Hum_Init(void); //初始化土壤濕度傳感器
void Hum_Start(void); //開始采集土壤濕度
void Adc_Init(void); //初始化ADC
u16 Get_Adc(u8 ch); //讀取ADC值
u16 Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times); //得到ADC值adcx=Get_Adc_Average(ADC_Channel_1，10); //将得到的ADC值指派給變量
SoilHumidity=(float)(MAX_CONVERTED_VALUE-adcx);
MAX_CONVERTED_VALUE*100; //進行ADC轉換
- ZigBee 子產品
- 最小系統
- ESP8266 WiFi子產品
系統軟體設計
管理系統整體功能的實作，除了硬體平台的搭建，還需通過軟體編寫程式保證農業現場裝置功能的實作。
整體架構主要包括采集層和應用層兩大層面。采集層軟體實作主要包括節點采集程式設計、ZigBee 協定棧設計、網關程式設計、Wi Fi 無線網絡配置設計；應用層軟體實作主要包括物聯網雲平台設計、手機用戶端配置、上位機監控平台設計以及微型電源光伏系統設計。
對于雲平台的選擇使用，個人選用了機智雲物聯網雲平台。一方面，因為機智雲是緻力研究物聯網開發的企業，以機智雲物聯網平台作為系統的開發平台非常切合主題；另一方面，就整體性能而言，機智雲平台支援免費開發使用，可內建開發微信小程式、電腦用戶端及手機 APP 等多種互動界面，功能豐富強大，且使用門檻低，故本系統以機智雲作為溫室大棚開發雲平台。
機智雲平台架構傳感資料采集層主要包括各環境監測傳感器，完成農業現場環境資訊收集。傳輸控制層則主要承擔将終端傳感器采集到的溫室大棚環境參數發送至雲計算平台。傳輸控制層以 ESP8266WiFi 子產品為媒介，以 TCP/IP 通信協定為基礎，實作溫室大棚環境參數無線傳輸至雲計算平台，通過機智雲平台實作對溫室大棚環境參數的存儲、分析和統計。
此外，傳輸控制層還需要傳輸機智雲伺服器的遠端控制指令，實作對抽水泵、排風扇、遮光簾等的遠端控制。使用者接入層則通過電腦用戶端、手機 APP 等智能裝置實作上述溫室大棚現場裝置的遠端控制功能。
智慧農業管理系統中，綜合考慮手機 APP 開發的複雜性、使用者與雲平台的對接性，采用機智雲官方提供的手機APP開源架構。
機智雲APP開源架構包含Wi-Fi類智能硬體APP通用功能的一套源碼。隻要使用機智雲協定的産品，就可直接使用源碼實作快速開發配套APP，同時還提供了Android和iOS版的開源架構。
- 手機 APP 開發流程如圖所示如下：
使用者打開手機 APP 軟體，連接配接無線區域網路絡之後，即可選擇連接配接進入開發時配置成功的無線可視化智慧農業管理系統。此外，使用者在同一款手機 APP 中可根據項目需要建立不同的實踐項目。
- 本系統開發的手機 APP界面如下所示：
在本系統中，使用者通過手機 APP 主界面即可實時檢視空氣溫濕度、光照強度、土壤濕度等溫室大棚各現場資訊。同時通過點選手機 APP 控制單元子產品對應按鈕，即可控制溫室大棚抽水泵灌溉、遮光簾采光、排風扇通風等現場終端裝置工作狀态的改變。
- 整體實驗成果展示：