近年來，互聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)飛速發(fā)展，推動(dòng)了傳統(tǒng)畜牧業(yè)向著更集成與高效的方向發(fā)展。隨著現(xiàn)代畜牧業(yè)的大力發(fā)展，傳統(tǒng)的養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)與管理模式已經(jīng)不使用現(xiàn)代大規(guī)模，集約化的養(yǎng)殖模式。
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)奶牛場(chǎng)環(huán)境變量的自動(dòng)化控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，應(yīng)用于奶牛場(chǎng)的環(huán)境變量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與調(diào)控系統(tǒng)，對(duì)奶牛場(chǎng)環(huán)境變量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，智能調(diào)控，使奶牛場(chǎng)環(huán)境的管理更加科學(xué)規(guī)范和有效，更能大大降低人工成本，提高運(yùn)營(yíng)效益。
系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心控制單元，接收來自傳感器采集的環(huán)境因子的信息，采集之后對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，當(dāng)超出正常值之后，通過串口輸出各個(gè)開關(guān)量控對(duì)應(yīng)的繼電器開始工作，從而達(dá)到對(duì)牛舍環(huán)境調(diào)控的功能，利用機(jī)智云讓 WI-FI 模塊與單片機(jī)建立連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制的功能。
系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的硬件要求能準(zhǔn)確測(cè)量牛舍的環(huán)境信息，控制單元進(jìn)行精準(zhǔn)控制，驅(qū)動(dòng)，執(zhí)行人機(jī)交互單元正常工作。本硬件采用模塊化設(shè)計(jì)，最后拼接為一個(gè)完整的系統(tǒng)，這樣有利于系統(tǒng)的升級(jí)，故障檢測(cè)與維修，整體的硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)如圖所示。
材料準(zhǔn)備有溫濕度傳感器DHT11、光敏傳感器、RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘、空氣質(zhì)量傳感器MQ135、繼電器驅(qū)動(dòng)模塊、L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、esp8266模塊、電源模塊。
物聯(lián)網(wǎng)模塊的軟件設(shè)計(jì) 1、機(jī)智云簡(jiǎn)介
機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺(tái)是一款面向于企業(yè)以及個(gè)人的針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供的開放式的云端服務(wù)，同時(shí)提供硬件開發(fā)工具與軟件開發(fā)服務(wù)，把物聯(lián)網(wǎng)通訊中用到的諸多協(xié)議整合在其自動(dòng)生成的軟件當(dāng)中，使開發(fā)者不再需要自身去設(shè)計(jì)終端軟件，以及諸多通訊協(xié)議，大大降低了物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的技術(shù)門檻，縮短研發(fā)周期以及投入成本，本課題利用 STM32 單片機(jī)與 ESP8266 實(shí)現(xiàn)機(jī)智云的接入，從而將機(jī)智云的物聯(lián)網(wǎng)功能整合到奶牛場(chǎng)的環(huán)境智能控制的系統(tǒng)當(dāng)中。
設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)分為有線聯(lián)網(wǎng)和無線聯(lián)網(wǎng)，而作為一個(gè)具有物聯(lián)網(wǎng)功能的產(chǎn)品來說，聯(lián)網(wǎng)的功能是非常重要的，對(duì)于現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展來說，有線聯(lián)網(wǎng)需要的硬件更加復(fù)雜，成本極高，增加設(shè)備本身體積，這不是設(shè)計(jì)產(chǎn)品的原則所允許的，所以，無線聯(lián)網(wǎng)就成為最好的選擇，而必不可少的就是 WIFI 模塊，機(jī)智云平臺(tái)兼容的 WIFI 模塊有很多，本課題選擇的是樂鑫的 ESP8266 模塊。
在物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)之中，傳感器負(fù)責(zé)在物聯(lián)網(wǎng)的前端采集數(shù)據(jù)信息，而數(shù)據(jù)的計(jì)算與處理則是放在云端來完成的，機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺(tái)提供與之對(duì)應(yīng)的軟硬件功能，利用自己的云端來進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算，然后把計(jì)算的數(shù)據(jù)以及結(jié)果通過手機(jī) APP 提供給用戶，從而完成物聯(lián)網(wǎng)的整套工作流程。
機(jī)智云提供的代碼自動(dòng)生成服務(wù)可以根據(jù)選擇芯片的不同，生成相對(duì)應(yīng)的代碼，有獨(dú)立 MCU 方案與 SOC 方案。
獨(dú)立 MCU 方案是指針對(duì) MCU 開發(fā)的代碼，MCU是指內(nèi)部包含了 CPU、ROM、RAM、定時(shí)器等部件的芯片，而 SOC 是指可以搭載系統(tǒng)的，功能更加強(qiáng)大的芯片。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用獨(dú)立 MCU 解決方案，開發(fā)者在下載生成的代碼后可以與自身的代碼相互嵌套，從而達(dá)到智能控制的目的。
2、ESP8266 燒寫機(jī)智云官方固件
在機(jī)智云官方網(wǎng)站下載相應(yīng)固件，準(zhǔn)備好 GAgent 固件后，那么就需要一個(gè)固件的下載工具。固件下載工具用的是機(jī)智云官方推薦的樂鑫原廠固件燒寫工具：ESP FLASH DOWNLOAD TOOL V1.2。 燒寫了 GAgent 固件后 ESP8266 模塊上原來自帶的 AT 指令功能會(huì)被覆蓋，為此STM32 與 ESP8266 實(shí)現(xiàn)連接功能。
3、機(jī)智云開發(fā)流程
首先登陸機(jī)智云官網(wǎng)點(diǎn)擊開發(fā)者中心然后注冊(cè)登錄，登錄界面如下：
新產(chǎn)品的創(chuàng)建
添加數(shù)據(jù)點(diǎn)
點(diǎn)擊新建數(shù)據(jù)點(diǎn)
數(shù)據(jù)點(diǎn)的作用通俗點(diǎn)來講就是用戶或者開發(fā)者在設(shè)定的所要開發(fā)的產(chǎn)品上有的功能。
例如開發(fā)者需要實(shí)現(xiàn)燈泡的開關(guān)控制，那么在定義數(shù)據(jù)點(diǎn)的時(shí)候就要按照機(jī)智云定義數(shù)據(jù)點(diǎn)的要求定義這個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的顯示名稱，標(biāo)識(shí)名，讀寫類型以及數(shù)據(jù)類型，這樣在后續(xù)的虛擬設(shè)備調(diào)試以及代碼生成中就會(huì)出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能。
4、 虛擬設(shè)備
虛擬設(shè)備是機(jī)智云平臺(tái)提供的在項(xiàng)目開發(fā)前期，當(dāng)真實(shí)設(shè)備沒有處理好的時(shí)候利用虛擬設(shè)備進(jìn)行模擬設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的上傳行為，從而快速地驗(yàn)證接口功能虛擬設(shè)備在機(jī)智云開發(fā)項(xiàng)目的前期顯得尤為重要。
5、機(jī)智云 APP
利用機(jī)智云開發(fā)項(xiàng)目的過程中需要用到手機(jī)客戶端進(jìn)行連接開發(fā)調(diào)試。機(jī)智云官方提供了可以直接使用的手機(jī)客戶端，便于在開發(fā)過程中利用此客戶端與虛擬設(shè)備與后期的真實(shí)設(shè)備進(jìn)行連接調(diào)試與應(yīng)用。
6、STM32 與機(jī)智云的軟件開發(fā)
在個(gè)人項(xiàng)目中，選擇創(chuàng)建新產(chǎn)品，在產(chǎn)品分類中，選擇智能家居-其他-其他，產(chǎn)品名稱輸入環(huán)境智能監(jiān)測(cè)控制，在技術(shù)方案中選擇 WI-FI/移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)方案，通訊方式選擇 WI-FI 模塊，數(shù)據(jù)傳輸方式：定長(zhǎng)，功耗類型：正常。
備注：因?yàn)槟膛?chǎng)正常情況下不存在濕度過低的情況，所以，不用考慮濕度過低的情況，不需建立加濕的數(shù)據(jù)點(diǎn)。
在機(jī)智云個(gè)人項(xiàng)目中，在選擇獨(dú)立 MCU 方案，硬件平臺(tái)選擇其他平臺(tái)，在基本信息中復(fù)制對(duì)應(yīng)的 Product Secret，點(diǎn)擊生成代碼包，并下載代碼包。
解壓下載的代碼包，其中復(fù)制 Gizwitz 到原本的工程文件中，并添加相關(guān)頭文件路徑。
①在usart3.c文件中添加#include "gizwits_product.h"頭文件以及用來接收中斷數(shù)據(jù)的gizPutData(&res,1); ②在定時(shí)器3中斷服務(wù)函數(shù)中添加gizTimerMs()函數(shù)，并且添加gizwits_product.h 頭文件； ③修改 gizwits_product.c 文件； ④修改 gizwits_product.c 文件； ⑤修改工程 main.c 文件 ； ⑥使能C99模式，串口協(xié)議API中使用了C99特性，在工程配置中需將C99 模式打開； ⑦修改棧堆大小： 協(xié)議API在處理時(shí)，臨時(shí)變量占用會(huì)比較大，為了穩(wěn)定運(yùn)行需增大棧的大小，修改位置在startup_stm32f10x_hd.s 啟動(dòng)文件，默認(rèn)stack size值是 0x400，我們將它修改為0x1000； ⑧串口協(xié)議結(jié)構(gòu)體字節(jié)對(duì)齊； ⑨修改usart.c文件 。
系統(tǒng)總結(jié)
本系統(tǒng)利用基于機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)建立的奶牛場(chǎng)環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)，利用ESP8266WI-Fi 模塊與機(jī)智云的云端連接，做到了對(duì)奶牛生長(zhǎng)環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)與遠(yuǎn)程控制相互協(xié)調(diào)，極大加強(qiáng)了對(duì)奶牛場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)與控制。 有效解決了傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)面臨的環(huán)境調(diào)控不及時(shí)、準(zhǔn)確度差、養(yǎng)殖環(huán)境惡劣、人工成本較高等不利因素，做到以更低的成本，更快速有效的科學(xué)手段調(diào)節(jié)牛舍小環(huán)境，提高奶牛場(chǎng)養(yǎng)殖企業(yè)的營(yíng)收利潤(rùn)。
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