1、电气与自动化杨春雷基于 Loa 技术的物联网智能监控系统设计作者简介:杨春雷(1973)，男，山东泰安人，高级工程师，硕士，研究方向为物联网应用技术。DOI:1019344/j cnki issn16715276202301052基于 Loa 技术的物联网智能监控系统设计杨春雷(南京机电职业技术学院 电子工程系，江苏 南京 211135)摘要:设计一种基于 Loa 技术的物联网智能监控系统，系统包括主控单元、ZigBee 网关、终端显示单元和电源模块等部分。采用嵌入式 STM32F030C8T6 为控制器，结合 Loa 无线通信技术完成整个系统的软硬件设计;利用 SX1278 和 WiFi 作
2、为系统通信模块，采用 Tlink 云服务收集、分析、处理和存储来自监测节点传感器的传感器数据。以温室大棚智能监控为例，进行了系统的应用测试，结果表明该系统实用性能良好。关键词:Loa 技术;物联网;温室大棚;智能监控;系统设计中图分类号:TH165文献标志码:B文章编号:1671-5276(2023)01-0215-04Design of Intelligent Monitoring System for Internet of Things Based on Loa TechnologYANG Chunlei(Department of Electronic Engineering，Nanj
3、ing Vocational Institute of Mechatronic Technology，Nanjing 211135，China)Abstract:Based on Loa technology，an intelligent monitoring system of internet of things consisting of main control unit，ZigBeegateway，terminal display unit and power module etc is designed The embedded STM32F030C8T6 is used as t
4、he controller andcombined with Loa wireless communication technology to complete the software and hardware design of the whole system WithSX1278 and WiFi as the system communication module，Tlink cloud service is applied to collect，analyze，process and store thesensor data from the sensor of the monit
5、oring node With the intelligent monitoring of greenhouse as an example，application test iscarried out，and its result shows that the system has favorable practical performanceKeywords:Loa technology;internet of things;greenhouse;intelligent monitoring;system design0引言随着人们生活水平的日益改善，温室大棚的规模也与日俱增。由于气候和土
6、壤等因素的影响，温室大棚种植作物会出现一些问题，如农作物的生长发育缓慢、病虫害严重等。温室的效益取决于温室内植物的产量，这与温室所在环境的湿度和温度有密切的关系。因此，只有把温室内的湿度和温度控制在植物所需要的程度上，才能取得较好的经济效益1。某地区的食用菌杏鲍菇栽培基地，分为三类培库，共有 80 家培库。为了确保菌种在高温高湿条件下正常生长，需要对这些培库分别实施人工控温与自动控制相结合的方法，以达到保质增效目的。目前该模式仍采用人工操作。员工每日对 80 个培库的湿度和温度进行检测并记录，并手工调整至低于标准的湿度和温度。严格控制水冷中央空调系统的温度，并喷水保证空气湿润。本文根据大棚环保
7、调控控制与管理过程中出现的问题，设计了基于Loa 的物联网智能管理系统，利用计算机与手机网络实时监控温室大棚内的温度、相对湿度等重要技术参数，包括对温室内的水温监控、湿度调节设备进行控制，以实现科学、高效的生产目标。1整体设计本产品由从机、服务器、云端、Loa 模块从机与服务器设备之间的数据通信、使用 WiFi 模块的服务器设备与云端之间的数据通信等构成。从机能够按照使用者的需要调整温度和湿度，服务器可以成为从机上收集数据的终端，也能够集中展示所收集的数据，并且通过云端服务能够随时随地地了解从服务器上收集的数据。总体系统架构见图 12。在该设计方案中，从机以 STM32F103ZET6为核心控
8、制器，NF2401 芯片作为无线收发芯片实现对湿度以及温度等环境参数的实时监控，同时控制电机运行。该控制系统体积较小，但装置布置简洁，操作简单，应用性较强，能按照实际使用要求设定温湿度环境，并具备报警能力3。该设计利用从机模块上的湿度感应器实时捕获大棚中的湿度和温度信息，并将其显示在从机上。同时根据温室内部的光照情况以及植物对光照条件的需求等因素计算出合适的光照时间，并将这些信息传递给控制器，从而控制空调的运行状态。当大棚的环境温度达到了植株生长发育的最高环境温度时，空调系统就会利用继电器关机进行降温处理;当气温降低至植株生长与发育的最好气温范围内时，继电器就会在此时间段断开，同时空调系统也5
9、12电气与自动化杨春雷基于 Loa 技术的物联网智能监控系统设计会暂停工作。而如果大棚中的空气相对湿度远小于植株生长与发育所需要的最好相对湿度范围时，则可由控制继电器和加湿器进行加湿处理，当相对湿度超过了植株的最好生长范围时，才能断开继电器，从而使加湿器系统暂停工作，让植株在良好的环境下生长与发育。图 1系统整体框架设备上有 3 个按键，可以调整植物需要的温度:按键1 可以调整相对湿度;按键 2 提高 1或 1%的相对湿度;按键 3 可以降低 1或 1%的相对湿度。由于数据清晰，操控简单，能够通过从机 LCD 屏显示棚内的相对湿度，定制温度，定制相对湿度，并且能够通过计算机的 Loa 模块传输
10、信息给主机。本系统是以单片机为控制核心的智能控制系统，实现对植物生长环境进行远程监控与管理。Loa 模块的工作距离很远，可以安装大量的设备，也可用来处理大面积的大棚栽培。主机还能够抽取在设备中所采集到的温度和湿度，并将其呈现于主机上的液晶显示器。从主机中获取信号后，它还需要检查从机的 ID 号码、主机查询次数、从主机中获得数据以及所接受到的温、湿度。将主机与 WiFi 模块连接，由 WiFi 模块将所接收到的湿度和温度上传给云端，将在云端的数据信息和所设定的接收格式进行对比，并在通过后进行接收。同时也能把温、湿度传输给云服务器进行存储，然后再发送给其他用户终端，如 PC 或者智能手机等。本系统
11、具有操作简单，成本低等特点。温度和湿度图可显示到计算机和手机上，更方便于查看温室大棚。该控制系统除具备温湿度指示与调控功能之外，还具备报警功能。该设计主要包括了智能控制终端模块和云服务模块。其中智能控制终端模块是基于 STM32 单片机开发出来的，可以对整个设备进行智能化的管理。报警信号利用绿色和蓝色的 LED 灯光表现出来。当环境温度达到定制温度时，将采用车载的绿色 LED 灯光照射地面;当相对湿度达到定制湿度时，则使用车载蓝色 LED 灯照明。另外，还可在云端中增加报警功能，并进行短信提醒和公众号提醒等提示。如果整个云端已被设定好，当警报值到达时，将自动报警。2系统硬件整体设计系统硬件部分
12、主要由从机、下一个服务器和 WiFi模组共 4 个模组所构成。服务器与服务器相互之间利用Loa 模块实现了通信。将从机接收到的数据信息由Loa 模组上传给服务器，由服务器经 WiFi 上传给云端，而云端则能够将数据传送回从机，并监控着设备的运动4。21嵌入式 AM系统使用以嵌装式 STM32F030C8T6 为内核的控制元件。本文在介绍系统总体结构和硬件电路之后，详细阐述基于 AMCortexM 微处理器软件平台的开发过程及实现方法。AMCortexM032 是一种高性能的核心单片式微型计算机，工作电压为 33V，低功耗。处理器设计既能适应整个系统的工作要求，又不浪费资源，并且价格相对低廉，提
13、高了整个系统的成本控制能力。22无线传感器网络Loa 是 Longange 的缩写，是低功率广域网路通信技术，它具有覆盖面较广、功耗小、组网灵活等优点。Loa被广泛应用到多个方面。物联网已经是世界上的一个热点领域，而物联网技术在产业中的实际运用也正在进一步的研发当中，本系统选择了安卓 SX1278 的 SX1278Loa技术系统作为通信模块。23温湿度传感器温湿度传感器使用 HTU20D，直接提供通过校正后的数字信息，标准为 I2C 形式，具备质量好，响应速度快，抗干扰力强，耗电量极低，市场性价比高等优点。3主机软件整体设计主机首先收到来自计算机的数据信息，并经过集中处理，然后再把数据信息上传
14、给云端。在云平台中，对接收到的指令经过分析保存下来，并经过互联网传送给终端用户。当主机收到从机发来的命令，根据命令执行相应操作，没有成功则停止。同时，接收云端的命令将在接收后发送到相应的从机，实施一系列作业。31主机软件设计服务器从 Loa 模块发出指令，并向机器号和云端发出特定的命令。当接收到来自云服务器的数据时，NC 通过该信息来监控主机上的湿度感应器和温度传感器工作情况，得到相应于服务器上的湿度和温度信息，并将此数据传输至 Loa 网络中。接收到从机器 1 到机器 Z 的指令后，再进行匹配，如和从机号中的一致，则进行云命令，并把所接收到的湿度和温度信息发送给主机。32主机实现技术主代码开
15、始运行，首先初始化操作系统，接着初始化Loa 功能，向云服务器发送指令，并唤醒云服务器平台的配置设备。启动循环，并继续从机器中获取能量数据。在LCD 画面下方显示采集的日期，然后分别查询收集到的数据，最后再在主屏幕上方显示收集到的手机号和温、湿度数据。如果有新信息出现就会自动刷新当前时间。通过以上操作可以完成对云服务器进行远程监控，对从机温度和湿度等参数进行实时监测，并根据监测数据做出相应处612电气与自动化杨春雷基于 Loa 技术的物联网智能监控系统设计理。关键的实现代码包括:int main(void)int a;uint8_t temp=0;System_Initializes():/系
16、统初始化adio=adioDriverInit():/无线射频模块函数定义temp=adioInit():/无线射频模块初始化initial_Icd():/LED 灯初始化clear_screen():/LCD 清屏OLED_Displsy_Main_Screen(2):/LCD 显示框架printf(“OQQ28PIZNW18M2X4”):/唤醒 Tlink 设备，while(1)OLED_Display_Time_Interval(3200);/LCD 屏幕显示时间a=LoraGateWayPoll():/获取主机轮询的返回值if(a=o)/ID O 对应从机1 号如果 ID 为 O 则显示为1 号从机a=1;OLED_Display_Node_Interval(350，a);/显示接收到的从机数据33从机软件设计主机负责采集温、湿度，当从机匹配主机的查询指令时把所采集到的温度和湿度信息传给主机。主机收到从机发送来的消息，根据预先设定好的算法和程序对数据进行处理后返回给从机。从机会自动显示出当前的温、湿度值并保存。从机也可由用户自行设定，当装置采集到的环境温度和用户设定的环境温度一
