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
03
智慧农业一体化平台的解 决方案
智能农情监测系统
01
02
03
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
基于嵌入式开发的智慧农业系统
随着信息技术的不断发展，智慧农业已经成为农业生产的新趋势。
嵌入式开发技术为
智慧农业系统的构建和发展提供了重要支撑，使得农业生产更加智能化、高效化和精准化。
本文将介绍基于嵌入式开发的智慧农业系统的原理、特点和应用，以及未来的发展趋势。
基于嵌入式开发的智慧农业系统是通过将传感器、执行器、控制器等硬件设备与嵌入
式系统相结合，实现对农业生产过程的监测、控制和优化。
嵌入式系统是一种专用计算机
系统，它被嵌入到其他设备或系统中，用于控制设备的运行和实时监控。
通过嵌入式系统，可以实现对农业生产中各个环节的数据采集、传输、处理和控制，从而提高农作物的产量
和质量。
基于嵌入式开发的智慧农业系统通常包括以下几个主要组成部分：
1. 传感器和执行器：用于采集农业生产中的各种环境参数和作物生长信息，如土壤
湿度、气温、光照强度、CO2浓度等，同时能够控制灌溉、施肥、通风等作物生长的关键
参数。
2. 嵌入式控制器：用于实时监测传感器采集的数据，根据预先设定的规则和算法，
调节执行器的工作状态，实现对作物生长环境的精准控制。
3. 数据传输模块：用于将采集的数据和控制指令传输到云端服务器或监控中心，实
现远程监测和控制。
4. 数据处理和分析模块：用于对采集的数据进行处理和分析，提取有价值的信息和
规律，为农业生产决策提供科学依据。
基于嵌入式开发的智慧农业系统依托于先进的信息技术和自动控制技术，通过将传感器、执行器等硬件设备与嵌入式系统相结合，实现对农业生产的智能化管理和控制，为农
业生产带来了新的发展机遇和挑战。
1. 实时监测与控制：通过传感器和嵌入式控制器，实现对农业生产过程的实时监测
和控制，能够及时发现和解决作物生长环境中的问题，提高农作物的产量和质量。
2. 精准调控：基于嵌入式系统的智慧农业系统能够根据实际环境条件和作物需求，
精准调控灌溉、施肥、通风等关键参数，最大限度地提高资源利用效率和作物产量。
3. 数据化决策：通过对采集的数据进行处理和分析，能够实现科学、精准的农业生
产决策，提高农业生产的科学化管理水平。
4. 远程监控与管理：基于嵌入式开发的智慧农业系统能够实现对农田和温室等作物
生长环境的远程监控和管理，农民和农业专家能够通过互联网随时随地监测作物生长情况，及时调整农业生产策略。
5. 节能环保：通过精准控制和智能化管理，基于嵌入式开发的智慧农业系统能够降
低资源浪费、减少化肥农药的使用，实现农业生产的绿色、可持续发展。
基于嵌入式开发的智慧农业系统具有实时监测与控制、精准调控、数据化决策、远程
监控与管理、节能环保等显著特点，为农业生产的智能化转型提供了有力支持和保障。
基于嵌入式开发的智慧农业系统已经在现代农业生产中得到了广泛应用，包括大田农业、设施农业、园林绿化等领域，为农业生产带来了智能化、高效化和精准化的管理和控制。
1. 大田农业：在农田种植作物的生长过程中，利用嵌入式开发的智慧农业系统可以
实现对土壤湿度、温度、气体浓度等环境参数的实时监测和控制，精准灌溉、施肥，提高
农作物产量和质量。
3. 园林绿化：在城市园林绿化过程中，嵌入式开发的智慧农业系统能够实现对植物
生长环境的实时监测和调控，为城市绿地的建设和管理提供科学依据和技术支持。
基于嵌入式开发的智慧农业系统还可以应用于水产养殖、畜禽养殖等农业生产领域，
大大提高了农产品的产量和质量，为农业生产的智能化和现代化提供了重要的技术支撑和
保障。
四、基于嵌入式开发的智慧农业系统未来发展趋势
基于嵌入式开发的智慧农业系统在未来的发展中将面临着一系列的挑战和机遇，未来
发展趋势主要包括以下几个方面：
1. 多元化功能：未来的智慧农业系统将不仅局限于传感器数据的采集和控制执行器
的功能，更加重视数据处理与分析，实现多元化的功能，为农业生产的决策提供更多的信
息和方向。
2. 智能化管理：未来的智慧农业系统将更加重视人工智能与自动化技术的融合，实
现农业生产过程的智能化管理和控制，提高生产效率和质量。
3. 物联网化应用：未来的智慧农业系统将更加重视物联网技术的应用，实现设备的
互联互通，为农业生产过程的全面监测和管理提供技术基础。
4. 数据安全与隐私保护：未来的智慧农业系统将更加重视数据安全与隐私保护，加
强对农业生产数据的管理和保护，保障农业生产信息的安全和合法性。
基于嵌入式开发的智慧农业系统在未来的发展中将面临着更加广阔的发展空间和机遇，同时也会面临着更严峻的挑战与问题，需要政府、企业和科研机构共同努力，共同推动智
慧农业技术的发展与推广，为农业生产的智能化和现代化提供更多的技术支撑和保障。