关键词：葡萄；物联网；监控系统；主控模块；收集和传输；成长环境

0 简介

近年来，物联网逐渐在农业领域得到应用。与传统的手工种植相比，物联网技术可以减轻农民的耕作压力，实时准确了解农作物的生长情况，甚至可以通过物联网技术远程控制农业机械。农田经营不仅提高了农产品质量，也更符合现代农业生产一体化的趋势。基于此，有必要探索物联网在葡萄种植中的应用。该课题组自主研发的果园物联网测控平台，能够实时准确采集、展示、分析果园数据。

1 整体架构

葡萄环境信息多参数检测系统主要由主控CPU模块、RS 485数据采集与传输模块、以太网远程通讯模块、电源模块组成。可实现葡萄园区空气温湿度、二氧化碳、光照强度、土壤温湿度等参数。收集和传输。

（1）主控CPU模块（主要是STM32单片机）是整个系统的核心，可以实现系统的整体控制，包括下发数据采集指令、数据处理、远程数据上传等功能；

(2)RS 485数据采集模块通过485总线发送采集指令并接收采集数据；

（3）以太网通讯模块将采集到的数据通过网络上传至平台（果园物联网测控平台）；

(4)电源模块向各模块供电，满足系统对电能的需求。

葡萄环境信息监测系统结构如图1所示。

2 硬件设计

2.1 主控CPU模块

主控CPU模块采用高性能、低成本、低功耗的STM32F103微控制器。 STM32F系列是中低端32位ARM微控制器。该系列芯片由意法半导体（ST）生产，其核心为Cortex-M3。该芯片集成了定时器、CAN、ADC、SPI、I2C、USB、UART等接口，运行稳定，易于开发。主控模块电路如图2所示。

2.2 RS 485数据采集模块

RS 485总线因其抗干扰能力好、传输速率稳定、传输距离远而得到广泛应用。多参数监测系统中的各个传感器通过RS 485总线与主控CPU连接，通过Modbus协议获取采集的数据。 STM32F103单片机串口转RS 485电路如图3所示，可以实现RS 485通信功能。

2.3 以太网通信模块设计

以太网通信模块采用W5500以太网控制芯片设计。 W5500支持SPI通信，可以将网络数据转换为串行通信数据，方便单片机识别。它还支持全双工通信、断电保存功能、自动组网功能。 W5500芯片通过RJ-45连接器与微控制器连接，实现网络通信。以太网通讯模块电路如图4所示。

2.4 电源模块设计

多参数监测系统内部使用3.3V电源。系统中的STM32主控模块和W5500以太网通讯模块均采用3.3V供电，为了满足系统的电源需求，系统采用AC-DC模块产生5V电压，然后调节5V直流电压通过AMS1117降压电路将电源供应至3.3V。电源模块电路如图5所示。

3 软件设计

系统软件包括主控程序和传感器采集两部分。主控程序采用轮询的方式，依次向传感器发送数据读取指令。传感器接收并验证正确后，将根据指令返回所需的数据内容。数据协议为通用Modbus协议，具有校验功能，保证数据传输稳定、正确。

系统上电后，首先进行程序初始化，初始化一些标志和参数，打开定时器，打开串口等。然后使用定时器设置命令通过串口读取传感器参数并等待以便数据返回。如果连续3次没有响应，则进行下一次数据读取，并放弃当前读取程序。如果成功一次，就会读取下一个数据参数。 。主控程序接收到数据参数后，解析出有用的数据，并将其封装成网络平台协议。包装完成后，上传至果园物联网测控平台进行展示。具体流程如图6所示。

4 实验情况

为了测试葡萄环境信息多参数监测系统的工作稳定性，将设备安装在济南济阳惠和葡萄园基地进行测试，如图7所示。通过监测系统采集各种参数，如如二氧化碳、光照、空气温湿度、土壤湿度、土壤温度等，通过以太网传输至果园物联网测控平台，果园物联网测控平台对数据进行查看和分析。

设备部署完成后，系统通电，采集到的数据可在果园物联网测控平台（手机APP）上查看。如图8所示，各监控数据均能正常采集和上传。为了测试多参数监测系统的工作稳定性，在其长时间工作后，检查平台采集数据的连续性，检查是否有异常数据。监控系统运行两周采集的数据趋势如图9所示，每天都有数据上传，数据趋势平缓，表明系统比较稳定。

测试表明，本文设计的葡萄环境信息多参数采集监测系统可以实时采集空气温湿度、二氧化碳、光照、土壤湿度等参数并上传至果园物联网测控平台。系统连接流畅，显示直观，设备可长期使用。运行稳定，数据准确，有效显示当前葡萄生长的环境状况。

5 结论

为推进葡萄种植无人化、科学化，利用物联网技术对葡萄生长过程中的环境信息进行多参数检测和实时监测。同时，通过我们团队自主研发的果园物联网测控平台，可以实现多参数采集、处理和传输功能。测试证明，环境信息监测系统和果园物联网测控平台稳定有效，能够有效监测葡萄生长环境。

参考

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胡舒然 尹志豪 刘淑云 秦蕾蕾

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