基于5G网络的智慧大棚种植控制系统设计
时间：2023-01-01 02:30:00
摘要: 阐述基于5G网络智能温室种植控制管理系统，通过传感器收集环境参数，通过无线网络组网，数据传输到SMT32单片机主控核心板，手机App远程监控和控制通过云服务器实现。
引言
5G在中国，网络高速、泛在网络、低功耗、低延迟、万物联网5G商业发展迅速，5G时代不仅仅是5G手机的应用也将面向未来的智能农业VR/AR、工业互联网、智能城市、无人驾驶、车联网、智能家居、无人机、智能医疗、应急安全等。通过5G从技术创新到应用创新，网络农业大数据也在转变G它还将为农业带来大量的原始数据，从而促进智能农业的持续发展。
目前，农业温室种植是农产品的重要来源，特别是鲜花和蔬菜。传统温室种植的控制主要依靠人工操作和调整，不仅消耗人力，而且容易出错，无法预防。因此，建设是基于5G智能温室生态管理系统具有重要意义。
1 系统设计
系统功能架构规划图。图1为系统架构功能，系统工作原理：通过STM32核心控制板的信号采集和数据处理系统进行环境监测，其中空气温湿度传感器主要采用温湿度数据采集DHT11.光传感器，CO2传感器、土壤湿度传感器、烟雾传感器NRF24L01模块、主控CPU单元，电容式触摸屏显示器，WiFiesp8266模块、充放电电路等**由电路组成，然后通过5G网络模块和机智云Aiot开发平台的服务端通过网络连接App查看数据和控制数据，上位机屏幕可以监控所有数据或控制被控制器App或者屏幕可以选择种植的蔬菜类型，温度、光线、环境CO2.调节含量。
图1系统架构功能
系统功能：
(1)智能种植技术。5G采用高精度土壤温湿度传感器和智能气象站，远程在线收集土壤条件、pH值、营养、气象信息等，实现自动预测、智能决策、远程、自动控制灌溉设备，及时向技术人员反馈数据，最终达到集约化栽培、准确施肥、合理灌溉的目的，实现植物育种、生长、成熟的综合管理。
（2）智能农业管理。智能农业管理是指在植物生长过程中，智能监督作物缺乏（如营养不足、病虫害预测），及时给予，5G是让人们立即执行机械命令，同时实现植物生长的全周期监测和管理，解放人力劳动。
(3)种植过程开放。G在强大的技术支持下，实时发送图像数据，让人们了解花园作物的状况。也就是说，消费者可以随时进入互联网观看种植过程，看看作物生长过程中使用什么药物，什么肥料，让每个人都可以放心吃。
(4)智能劳动管理。G在技术支持下，根据信息数据提供最佳的增长环境，即使劳动力和能源较少，也可以提高农产品的生产力和质量。使用智能农场设备，当人们不在时，可以打开和关闭温室的窗户，并自动供水。无人拖拉机可以实时向管理员提供障碍物数据，并重置路径。
二、硬件电路设计
系统硬件电路设计主要是根据系统设计技术指标设计硬件电路，主要包括植物补光电路和联动控制电路，以及节点传感器电路，其电路设计图如图2、图3、图4所示。
图2灯光等电路图
图3烟雾和光传感器电路
图4节点模块PCB板
3软件设计
MCU程序流程图：
(1)主机屏幕的设计思路是:每个模块的初始化和初始化Npf2L01为接收模式，接收各节点传输的数据并进行处理。处理后，通过串口发送到屏幕显示器，并通过处理数据Nrf24L01无线模块发送到主机MCU,传输完毕Npf2L01无线模块进入待机模式，等待下一个循环。
（2）主机MCU设计理念如下每个模块的初始化和初始化Npf2L01为接收模式，接收主机屏幕传回来的数据并进行处理，同时通过Wi Fi机智云服务器通过无线模块上传到机智云服务器Wi Fi无线模块传回数据并处理主机MCU对各种相关模块进行控制，流程如图5所示。
（3）手机App程序设计：通过开发者中心的图形化界面定义设备功能，机智云自动生成设备MCU与通信模组之间的串口通信协议，开发者根据协议文档即可实现设备的联网能力。设备接入机智云物联网平台后，机智云提供了面向App应用的API，提供传输设备数据到应用、应用向设备发起的控制信息的功能。该系统通过机智云AIoT开发平台提供的API进行与设备的数据、控制的实时通讯，解决智能硬件接入的需求。
图5主控MCU程序流程图
4，测试数据与评价
测试数据结果与实际相符合，在机智云服务器后台能清晰地看到机智云被手机App或者屏幕控制时数据的变化，同时在App端上下线时能够明确记录。设备连上云端后，设备收集回来的环境数据就会实时显示在手机App上和串口显示屏上，此时可以使用手机对设备进行手动和自动设置。
手动设置可以对设备内的风扇、抽进水电机及植物补光灯等进行开关控制；自动设置会根据用户选择不同的蔬菜种类和环境参数进行相应自主控制，以达到自动化控制目的。通过开启自动联动模式，根据环境参数阈值的设定，实现系统的自动联动功能，可以联动滴灌、抽风、加热、补光、遮阳等功能的自动控制，阈值设定。
所创新的意义，人工智能农业大棚种植系统将实时采集到的传感器数据与传统的种植经验相结合，形成了适合作物种植特点的决策库，系统将根据感知到数据，控制执行机构自动调节空气温湿度、土壤湿度、光照强度、CO2浓度等功能指标。
使农作物始终处于在最佳的生长环境中，大大降低种植成本，缩短种植时间，实现节能增收。用户可通过手机App或显示屏就能随时了解大棚中温湿度，土壤湿度，光照强度，CO2浓度等环境的变化，也可改成手动模式，对执行机构进行手动调节。
本系统拥有多种蔬菜种植模式，给予每种蔬菜最适宜的环境生长参数。人工智能农业大棚种植系统拥有数据采集分析功能、数据处理功能、强大的控制功能、远程监控功能，采用了先进的3D打印技术，更加智能化。
5结语
5G时代，农业将会更加智能、更加精准，基于5G网络的智慧大棚种植控制管理系统设计与传统的农业温室大棚相比，我们的项目创新点更加智能化、数字化、联网化，再也不是单一的检测硬件了，农场将布满传感器，收集数据以反馈给机器，农民只需坐在电脑前，便可以查看农作物的数据，根据采集的数据，做出相应的对策，在家种地变得更加便捷。
