基于ESP8266的温室物联网信息采集系统研究

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随着农业现代化的进程,农业生产自动化管理和实时远程监控的需求日益增长,物联网(IoT)作为一种管理多设备和用户的通用技术,在农业环境监测的应用逐渐增多。本文开发了一种由传感器节点、云平台和用户软件组成的低成本温室信息监测系统,用于温室环境参数的实时查看。采用ESP8266作为控制器和Wi-Fi模块,从传感器获取数据,将数据传输到云平台,并设计PC软件界面和微信小程序作为用户软件,适应不同需求。具体研究内容和结果如下:
  (1)在系统整体硬件设计环节,本文基于低成本的ESP8266模块设计了传感器节点。选取温湿度、光照、CO2传感器采集温室环境信息,直接连接到ESP8266Wi-Fi模块的GPIO端口实现信息传输。传感节点电路设计了稳压电路,提供稳定的5V和3.3V电压给传感器和控制器,传感节点可支持电源适配器或锂电池供电。
  (2)在系统的嵌入式程序设计环节,利用Arduino平台来编译ESP8266源码。使用官方提供的库函数快速实现开发板的基本配置,并通过SmartConfig一键配置ESP8266接入Wi-Fi;ESP8266模块处于AP模式时,用户可通过Wi-Fi网络设置模块参数;在STA模式下,ESP8266将数据发送至指定的远程服务器;并采用SPIFFS文件系统,帮助用户更加便捷地存储采集的数据至片上存储器中,将采集得到的温湿度、光照和二氧化碳浓度信息存储至ESP8266的片上存储单元中,供用户下载以查看历史数据。
  (3)应用层的开发方面,选取OneNET作为云平台实现数据信息的综合管理。在云平台端设计并部署了农业温室远程监控系统控制界面,此界面不仅可以在电脑PC端实现在线监控,可以通过手机APP客户端实现远程移动监控管理服务。测试证明,该系统可以完整收集和记录温室环境参数的变化,无异常或数据丢失。ESP8266与Wi-Fi热点和远程服务器断开连接后,能够在3秒内重新连接,保证数据采集的完整性。在可视化界面上实现了实时数据监控、历史数据显示、本地文件输出和数据流管理等功能。
  (4)进一步提出了一个基于ESP8266,腾讯云服务器和微信小程序的简单解决方案,主要关注低价硬件,快速开发,针对用户应用的人性化设计,并帮助开发人员快速构建DIY监控系统。基于微信小程序设计用户界面,使用户仅通过‘点击’操作即可管理设备和访问数据;允许用户使用微信帐号登录系统,并通过扫描设备ID号的QR码绑定设备。
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