基于嵌入式开发的智慧农业系统
OpenWrt智能路由器在中小型规模智慧农业中的应用
科学技术创新2021.11OpenWrt 智能路由器在中小型规模智慧农业中的应用苏俊维（广西民族师范学院，广西崇左532200）随着嵌入式技术的发展，智慧农业被农民关注，虽然国外农业智慧化和集成化水平很高，但是国内农业还以人工管理为主[1]。
嵌入式领域的发展最初是由数码电子等移动消费产品带动，但是随着人们生活水平的提高，更扩大了这些嵌入式设备的应用范围，但是国内智慧农业还处于初级水平，还需要不断探索。
2012年嵌入式系统应用卷起热潮，当时以ARMv4架构的ARM9系列处理器为代表衍生出很多消费级电子产品；从2013年至今，流行ARMv7架构的Cortex 系列的处理器：其中STM32单片机占据大部分中低档电子消费市场，成本比ARM9低很多，其中高端电子消费市场采用Cortex-A9处理器方案，搭载Android 系统。
虽然ARM9时代已远去，但是基于MIPS 架构的路由器芯片却活跃了，国企能低成本生产该芯片。
智能路由OpenWrt 系统是嵌入式的Linux 操作系统，其开放源代码和免费的优点相比半开源的Android 系统更具有竞争力。
本文采用了搭载国产雷凌公司生产的RT3070主控芯片的路由器，该路由器型号为HG255d ，该路由器作为主控单元来实现中小规模智慧农业的集成化管理和监控，形成一套系统方案。
1系统整体方案设计该系统包括了ESP32-CAM 图传模块、STM32F103控制模块、气象数据采集仪模块和路由器4部分组成。
总体系统结构如图1所示。
该系统控制中心为HG255d 智能路由器，也作为网络服务器。
该路由器有一个USB 接口，所以需要用一个USB 扩展器扩展USB 的数量以满足各种USB 设备的连接。
系统设计以模块化设计为主，各个模块独立工作。
模块都外接了一些设备或者传感器，并且每个模块都与主控智能路由器通过有线或无线连接。
系统还配备了两种智能农业监控的客户端：手机客户端和电脑客户端，其作用是让农民通过该客户端远程监控农场。
智慧农业系统主要功能建设方案
鼓励企业主导智慧农业技术研发和推广应用，形成产 学研用协同创新机制。
培育壮大市场主体
支持龙头企业、农民合作社、家庭农场等新型经营主 体参与智慧农业建设。
探索多元化投入机制
引导社会资本进入智慧农业领域，形成政府引导、企 业主体、社会参与的多元化投入机制。
科技创新驱动，提升系统智能化水平
02 农业生产管理功 能
精准种植与养殖管理
数据驱动的种植决策
利用土壤、气象等大数据，为农作物提供科学的种植建议，提高 产量和质量。
精准养殖监测
实时监测养殖环境参数和动物生长情况，为养殖提供个性化管理方 案，优化养殖效益。
种养结合循环农业
通过种植和养殖的有机结合，实现资源的循环利用，降低农业面源 污染，提高农业可持续性。
04 农产品质量安全 追溯功能
生产过程记录与信息采集
农业生产环境监控
实时监测土壤、气象、水质等农业生产环境参数，为农产品生产提 供精准的环境数据。
农业生产过程记录
详细记录农产品从播种到收获的各个环节，包括农事操作、投入品 使用、病虫害防治等，实现农产品生产过程的可视化。
农业信息采集
通过物联网技术，实时采集农产品生长过程中的关键信息，如生长状 况、产量、品质等，为农产品质量安全追溯提供数据支撑。
智能化灌溉与施肥控制
01
02
03
智能灌溉系统
根据土壤湿度、气象数据 等信息，自动调整灌溉计 划，实现节水灌溉。
精准施肥技术
通过土壤养分检测和作物 需求预测，为农田提供精 确的施肥建议，提高肥料 利用率。
水肥一体化管理
将灌溉和施肥相结合，实 现水肥一体化智能管理， 提高农业生产效率。
病虫害防治及预警机制 3
智慧农业一体化平台解决方案
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智慧农业一体化平台的解 决方案
智能农情监测系统
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自动化农情数据采集
实时数据传输与分析
预警与决策支持
利用物联网技术，实现农田环境的自动监 测，包括温度、湿度、光照、土壤肥力等 数据，提高农业生产效率。
技术应用与推广
智慧农业一体化平台需要积极推广和应用新技术，如物联网 、大数据、人工智能等，以提高平台的智能化水平和服务质 量。同时，也需要根据实际情况进行技术选型和应用，以避 免技术浪费和重复建设。
行业合作与协同发展建议
建立合作机制
智慧农业一体化平台需要建立稳定的合作机制，与相关企业、机构等进行合作 ，共同推动智慧农业的发展。同时，也需要制定合作协议和规范，明确各方的 权利和义务。
智慧农业一体化平台 解决方案
汇报人：xx
汇报时间：2023-12-05
目录
• 智慧农业一体化平台概述 • 智慧农业一体化平台的技术架构 • 智慧农业一体化平台的解决方案
目录
• 智慧农业一体化平台的实施与运营 • 智慧农业一体化平台的案例分析 • 智慧农业一体化平台的未来展望与挑
战
01
智慧农业一体化平台概述
提高品牌价值
通过溯源系统，提高农产品的品牌价值，增强消 费者对农产品的信任和认可。
农业大数据分析系统
数据整合与分析
01
整合各类农业数据，包括气象、土壤、生产流程等数
据，进行深入的数据分析。
趋势预测
02 通过大数据分析，预测农产品市场趋势，为农民和农
业企业提供市场导向和建议。
优化生产流程
基于Arduino的智能农业系统设计与实现
基于Arduino的智能农业系统设计与实现农业是人类社会的基础产业，随着科技的不断发展，智能农业系统逐渐成为农业生产的新趋势。
Arduino作为一种开源电子原型平台，具有简单易用、灵活性高等特点，被广泛应用于智能农业领域。
本文将介绍基于Arduino的智能农业系统设计与实现。
一、智能农业系统概述智能农业系统是利用先进的信息技术、传感技术和自动控制技术，对农业生产过程进行监测、控制和管理，以提高农业生产效率、降低生产成本、保障粮食安全和实现可持续发展的一种现代化农业生产方式。
智能农业系统通常包括环境监测、灌溉控制、施肥控制、病虫害监测等功能模块。
二、基于Arduino的智能农业系统设计1. 硬件设计在基于Arduino的智能农业系统中，常用的传感器包括温湿度传感器、光照传感器、土壤湿度传感器等，用于监测环境参数。
执行器包括水泵、喷灌器等，用于控制灌溉和施肥。
Arduino主控板负责数据采集和控制执行器。
2. 软件设计软件设计包括传感器数据采集模块、数据处理模块和执行器控制模块。
传感器数据采集模块负责读取传感器数据；数据处理模块对采集到的数据进行处理分析；执行器控制模块根据数据分析结果对执行器进行控制。
三、智能灌溉系统实现智能灌溉系统是智能农业系统中的重要组成部分。
通过监测土壤湿度和环境温湿度，智能灌溉系统可以根据作物需水量自动调节灌溉量，实现精准灌溉，提高水资源利用效率。
四、智能施肥系统实现智能施肥系统通过监测土壤养分含量和作物生长情况，可以根据作物需求量自动调节施肥量，实现精准施肥，提高施肥效果，减少化肥用量。
五、智能监测与预警系统实现智能监测与预警系统通过监测环境参数和作物生长情况，可以及时发现病虫害等异常情况，并通过手机App等方式向用户发送预警信息，帮助用户及时采取措施防范风险。
六、总结与展望基于Arduino的智能农业系统具有成本低、易扩展等优势，在提高农业生产效率、降低生产成本方面具有重要意义。
基于STM32的智慧农业大棚系统设计
STM32单片机
STM32单片机是一种先进的32位微控制器，被广泛应用于各种嵌入式系统中。 它具有高性能、低功耗、易于开发和维护等特点，适用于各种环境下的高效数 据处理和控制任务。在温室大棚控制系统中，STM32单片机可以作为主控制器， 负责采集和处理各种传感器数据，根据预设算法实现对环境因素的调控。
（2）传感器和执行器的选型和接口设计：根据大棚环境因素的监测和控制需 求，选择适当的传感器和执行器型号，并设计相应的接口电路。
（3）数据传输模块的设计：根据实际需要，可以采用有线或无线方式进行数 据传输。如有线传输可选用RS485或CAN总线等方式；如无线传输可选用 Zigbee、NB-IoT或LoRa等技术。
总结本次演示所述，基于STM32的智能农业大棚系统设计具有以下优点：
1、使用STM32作为核心控制器，数据处理能力强，适用于各种复杂的控制场 景；
2、系统结构完整，包括数据采集、处理、控制和反馈等环节，能够实现对大 棚环境的实时监测与控制；
3、电源模块稳定可靠，可适应 各种环境下的电源供给需求。
引言：
随着科技的不断发展，智能化技术逐渐应用于各个领域，其中智慧农业也是其 中的一个重要方向。智慧农业是指通过物联网、传感器、云计算、大数据等先 进技术，实现农业生产的智能化、精细化、高效化和可视化。智慧农业大棚系 统作为智慧农业的一个重要组成部分，可以对大棚内的环境因素进行实时监测 和控制，提高农作物的产量和质量，
系统设计
1、硬件设计
基于STM32温室大棚控制系统的主要硬件包括STM32单片机、各类传感器（如 温度、湿度、光照强度等）、执行器（如通风机、遮阳帘、加湿器等）和人机 界面等。传感器和执行器与STM32单片机之间通过串口或I2C通信进行数据传 输和控制操作。同时，为了方便用户的使用，系统还设计了友好型的人机界面， 用于实时显示传感器数据和执行器状态，以及远程控制温室大棚的环境因素。
基于嵌入式开发的智慧农业系统
基于嵌入式开发的智慧农业系统智慧农业是指利用先进的信息技术和通信技术，结合传感器、云计算、大数据等技术手段，对农业生产过程进行智能化管理和优化，提高农业生产效率和质量的一种农业发展模式。
嵌入式开发则是指将硬件系统和软件系统相结合，利用微处理器或微控制器等嵌入式系统构建实时控制系统的过程。
嵌入式开发技术在智慧农业中扮演着重要的角色，可以通过传感器和执行器实现对农业生产环境和作物生长状态的实时监测和控制，从而实现智能化的农业管理。
1. 传感器技术：通过植物感应器、土壤湿度感应器、温湿度传感器等多种传感器实时监测农田土壤湿度、温度、养分含量、作物生长状态等关键参数，以便及时采取相应措施。
2. 自动控制技术：利用嵌入式系统和执行器实现对灌溉设备、温室通风设备、光照设备等农业生产设备的实时监控和控制，根据传感器获取的数据自动调节灌溉量、温度、湿度等环境参数，从而实现农业生产过程的智能化控制。
3. 云计算和大数据技术：通过云计算技术将传感器获取的大量农田和作物数据上传至云端，运用大数据分析技术进行数据挖掘和分析，为农民提供决策支持和农业管理建议。
将种植、施肥、灌溉等各种操作记录在云端数据库中，为后期农业管理提供参考。
4. 物联网技术：将农田感应器、执行器、嵌入式控制器等设备通过物联网技术相互连接，构建起一个智能农业网络系统。
农民可以通过智能手机、平板电脑等终端设备远程监测和控制农田环境、设备运行状态等，随时进行农田管理。
5. 技术培训和支持：智慧农业系统基于嵌入式开发需要农民具备一定的技术知识和操作技能，因此需要进行农民技术培训和技术支持，使农民能够熟练操作农业智能设备，合理运用智慧农业技术进行农田管理。
通过以上技术应用，基于嵌入式开发的智慧农业系统可以实现农田环境的智能监控和调控，提高农业生产的效率和品质。
嵌入式开发技术还可以应用于农产品的溯源管理、农田病虫害的预测和防治、农产品销售的物流管理等方面，进一步提升农产品的产质量和市场竞争力，促进农业可持续发展。
智慧农业嵌入式实训报告
一、实训背景随着全球农业现代化进程的加快，智慧农业逐渐成为农业发展的新趋势。
智慧农业是指利用物联网、大数据、云计算、人工智能等现代信息技术手段，对农业生产、管理、服务等环节进行智能化、精准化改造，提高农业生产效率，降低生产成本，实现农业可持续发展。
嵌入式系统作为智慧农业的核心技术之一，在智慧农业中扮演着重要角色。
本次实训旨在通过嵌入式系统在智慧农业中的应用，提高学生对嵌入式技术的理解与应用能力。
二、实训目标1. 理解嵌入式系统在智慧农业中的应用原理和关键技术；2. 掌握嵌入式系统在智慧农业中的应用实例；3. 学会使用嵌入式开发工具和平台，进行智慧农业项目开发；4. 提高学生的实践能力和创新意识。
三、实训内容1. 嵌入式系统基础知识（1）嵌入式系统概述：介绍嵌入式系统的定义、特点、分类及发展历程。
（2）嵌入式处理器：讲解常见的嵌入式处理器，如ARM、MIPS、AVR等，并比较其优缺点。
（3）嵌入式操作系统：介绍常见的嵌入式操作系统，如Linux、FreeRTOS、uc/OS 等，并比较其特点。
2. 智慧农业应用实例（1）环境监测：讲解如何利用嵌入式系统实现温室大棚、农田等环境监测，如温湿度、土壤水分、光照等。
（2）智能灌溉：介绍如何利用嵌入式系统实现精准灌溉，提高水资源利用率。
（3）智能施肥：讲解如何利用嵌入式系统实现精准施肥，提高肥料利用率。
（4）智能植保：介绍如何利用嵌入式系统实现无人机植保，提高农药利用率。
3. 嵌入式系统开发工具与平台（1）嵌入式开发工具：讲解Keil、IAR、Eclipse等常用嵌入式开发工具的使用方法。
（2）嵌入式开发平台：介绍STM32、Arduino、ESP8266等常用嵌入式开发平台的特点和应用。
4. 智慧农业项目开发（1）项目需求分析：根据实训要求，分析智慧农业项目的需求，明确项目目标。
（2）硬件选型：根据项目需求，选择合适的嵌入式处理器、传感器、执行器等硬件设备。
嵌入式多传感器智慧农业系统设计与实现
嵌入式多传感器智慧农业系统设计与实现目录一、内容综述 (2)1.1 背景与意义 (3)1.2 国内外研究现状 (4)1.3 研究内容与方法 (6)二、系统需求分析与设计原理 (6)2.1 功能需求分析 (7)2.2 性能需求分析 (8)2.3 设计原理与框架 (10)三、嵌入式硬件系统设计 (11)3.1 硬件平台选择 (13)3.2 多传感器模块设计 (14)3.3 处理器与存储设备选择 (16)3.4 电源管理系统设计 (17)四、嵌入式软件系统设计 (19)4.1 操作系统选择 (20)4.2 驱动程序开发 (21)4.3 中间件与应用软件开发 (23)4.4 系统集成与测试 (24)五、多传感器数据融合与智能决策 (25)5.1 数据采集与传输 (26)5.2 数据预处理与特征提取 (27)5.3 多传感器数据融合算法 (28)5.4 智能决策与控制策略 (30)六、系统集成与测试 (31)6.1 系统集成方案 (33)6.2 功能测试与性能测试 (34)6.3 质量评估与优化改进 (36)七、结论与展望 (37)7.1 研究成果总结 (38)7.2 存在问题与不足 (39)7.3 后续研究方向与展望 (40)一、内容综述嵌入式多传感器智慧农业系统设计与实现是当前农业科技创新领域的重要组成部分。
随着物联网技术和嵌入式系统的高速发展，传统的农业管理模式正逐渐向智能化、精细化转变。
智慧农业系统作为这一变革的核心载体，其设计与实现对于提高农业生产效率、优化资源配置、提升农产品质量等方面具有重大意义。
本报告主要介绍了嵌入式多传感器智慧农业系统的设计与实现过程。
该系统通过集成多种传感器技术，实现对土壤、气候、作物生长状态等关键信息的实时监测与数据分析。
结合先进的农业知识与模型，进行智能化的决策支持，从而为农业生产的精细化管理提供可靠的技术支撑。
嵌入式多传感器智慧农业系统设计涵盖了硬件选型与设计、软件开发、数据处理与分析、智能化决策等多个环节。
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基于嵌入式开发的智慧农业系统
随着智能化时代的到来，智慧农业已经成为当前农业发展的趋势。
基于嵌入式开发的
智慧农业系统通过物联网、传感器等技术，实现了对种植环境、生长情况、病虫害等因素
的监测和控制，辅助农民进行农作物的合理种植管理，实现高效农业的目标。
智慧农业系统由传感器节点、嵌入式板、通信模块、服务器端等组成，传感器节点通
过采集环境温湿度、土壤水分、阳光辐射等数据，并将数据发送给嵌入式板。
嵌入式板将
数据处理后通过通信模块发送给服务器端，服务器端通过数据分析和决策，将结果反馈给
嵌入式板，从而实现对农作物的管理。
传感器节点包括温湿度传感器、土壤水分传感器、光照传感器、二氧化碳传感器等，
这些传感器可以监测农作物所处的生长环境。
温湿度传感器可以实时监测环境的温度和湿
度变化，帮助农民合理调节温湿度，为农作物提供适宜的生长环境。
土壤水分传感器可以
监测土壤的水分含量，帮助农民掌握土壤的水分状态，合理进行灌溉。
光照传感器可以监
测环境光照强度，帮助农民掌握光照情况，进行适当的防晒和遮荫。
二氧化碳传感器可以
监测二氧化碳浓度，帮助农民控制通风和空气流通，为农作物提供适宜的空气环境。
嵌入式板是智慧农业系统的核心，它可以将传感器采集的数据处理成易于阅读的格式，并通过通信模块将数据上传至服务器端。
嵌入式板的处理能力强大，可以根据不同的农作
物需求，进行个性化的数据处理和控制。
例如，在秧苗移栽期，可以通过嵌入式板控制灯
光照射时间和强度，提高植物生长速度和质量；在成长期，可以根据植物的生长状态，控
制水肥配比和施肥方式，促进植物生长和发育。
通信模块是嵌入式开发的智慧农业系统的另一个重要组成部分，它负责数据的传输和
接收。
由于智慧农业系统中的传感器和嵌入式板分布在农场不同的地方，通信模块需要具
备跨地域、高速、稳定的特性，以保证数据的实时传输和服务器端的高效处理。
服务器端是智慧农业系统的决策中心，它通过数据分析和算法模型，自动化地进行农
作物的管理和决策。
例如，服务器端可以根据气象预报数据和历史环境数据，提前警示病
虫害的发生，提供预防和防治方案。
服务器端也可以分析不同农作物的生长规律和需求，
为农民提供更好的种植管理建议，实现高产、高品质的农业生产。
总之，基于嵌入式开发的智慧农业系统已经为现代农业生产带来了极大的便利和益处，同时也为未来农业的持续发展提供了强有力的支持。