基于微信公众平台的农产品冷链配送测控系统.docx

    基于公众平台的农产品冷链配送测控系统    摘  要： 為解决传统农业环境监控系统成本高、效率低等问题，本文将公众平台与农业物联网技术相结合设计了基于公众平台的农产品冷链配送测控系统该系统通过无线传感器网络实现农产品冷链配送环境信息的无线、实时、动态采集，并以新浪云服务器为媒介，通过移动4 G网络与服务器进行数据信息的实时交互，从而实现农业冷链配送环境信息的远程监测测试结果表明：（1）通过公众平台使用户通过公众号实现了环境温度、湿度、气体浓度、光照度的监测，以及继电器的控制;（2）环境监测数据在30 s后便可传至用户公众号，传输虽有时延但不影响系统的正常使用;（3）系统通过采用休眠、唤醒等低功耗措施，使容量1500 mAh的锂电池系统至少可以使用半年以上该系统具有功耗低、组网灵活、使用方便等的优点，能够较好的满足农产品冷链配送的应用需求Key： 农业物联网;公众平台;无线传感器网络;新浪云服务器;环境监测： TP273    ： A    DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.10.010本文著录格式：王钧. 基于公众平台的农产品冷链配送测控系统[J]. 软件，2019，40（10）：4145Measurement and Control System of Cold-chain Logistic ofAgricultural Products Based on WeChat Public Number ControlWANG Jun（College of Information Science and Technology， Gansu Agricultural University， Lanzhou 730070， China）【Abstract】： In order to solve the problems of high cost and low efficiency of traditional agricultural environmental monitoring system， this paper combined the Wechat public platform with the Agricultural Internet of Things technology to design the measurement and control System of cold-chain logistic of agricultural products based on the Wechat public platform. The system realized wireless， real-time and dynamic acquisition of cold-chain logistic of agricultural products environment information by the wireless sensor network， and Sina cloud server as the medium， Real-time interaction of data information between mobile 4G network and Wechat server can realize remote monitoring of environmental information of cold-chain logistic of agricultural products. The test results showed that （1） users could monitor the environmental temperature， humidity， gas concentration， illumination and control the relay through the Wechat public number of the Wechat public platform; （2） The environmental monitoring data could be transmitted to the user's Wechat public number after 30 seconds. Although the transmission time was delayed， it did not affect the normal use of the system; （3） By adopting low-power measures such as dormancy and wake-up， the lithium battery system with 1500 mAh capacity can be used for at least half a year. The system had the advantages of low power consumption， flexible networking and convenient use， it could better meet the application needs of cold-chain logistic of agricultural products.【Key words】： Agricultural internet of things; Wechat public platform; Arduino; Sina cloud server; Environmental monitoring0  引言近些年，随着物联网技术的不断发展，我国部分农业发达省份已经将物联网技术应用于农业领域，实现农业生产过程中环境温度、湿度、光照度等数据信息的采集，部分实现了农业的数字化，并取得一定的成效[1-3]。

但与国外相比，我国的农业的自动化程度仍处于较落后的水平，农业物联网技术在农业领域的普及率仍很低，大部分地区农业环境数据的采集仍处于人工监测阶段，对农业环境数据掌握的很少，没能充分发挥其潜在价值，很大程度的制约和影响了我国现代化农业的发展进程[4-7]同时，由于我国地域辽阔，农业生产地区经济、科技水平相对较为落后，通信网络覆盖差，很难实现农业环境信息的远距离传输邵斌[8]基于物联网技术设计了农田环境监测系统;张江南[9]等通过将大数据技术和农业物联网技术结合，设计了基于数据中心的农业物联网系统，提高了物联网采集数据管理分析的能力;朱建雷[10]将传感器采集到的数据通过智能网关上传到云平台，通过云平台可以实现数据的存储、分析目前，物联网技术已经得到了快速的发展，但如何方便快捷的实现数据存储和管理仍存在许多的问题为此，本文通过4 G移动通信网络将无线传感器网络采集的农产品冷链配送车内的环境数据发送至公众平台，利用新浪云服务器，实现农产品冷链配送环境数据的存储管理，用户通过软件方便的实现数据的查询和设备的控制功能，从而实现冷链配送环境的远程监测，更好的实现了农业环境信息的共享1  系统总体设计农产品冷链配送测控系统是对农产品冷链配送环境进行监测和相关设备控制的系统，核心部分是嵌入式网关，通过嵌入式网关与无线传感器网络的协调器节点进行连接，将监测到的数据通过新浪云服务器实时反馈到公众平台的公众号端，实现对冷链环境的整体监测和设备的控制，系统结构如图1所示。

2  硬件设计基于公众平台的农产品冷链配送测控系统硬件设计内容包括：无线传感器网络终端节点和协调器节点设计以及嵌入式网关的设计无线传感器网络终端节点通过SPI接口与各种传感器和继电器连接，实现环境信息的采集，并通过无线信号发送至协调器节点;嵌入式网关设计主要完成核心板的设计，以及通过I/O接口和无线传感器网络的协调器节点、4G模块、GPS模块、CMOS摄像头模块进行连接，从而实现嵌入式网关与无线传感器网络和移动4G网络进行数据通信2.1  传感器模块的设计本设计根据农产品冷链配送测控系统的需要，選择的传感器主要包括温湿度传感器、光照度传感器、气体浓度传感器等[11]其中，温湿度传感器采用SHT75数字型温湿度传感器，该传感器功耗较低，其中工作电流为550 μA，而待机时电流仅为0.3 μA，测量精度可以达到±0.3℃和小于等于1.8%[12]光照度传感器选用HA2003，该传感器可以在DC5V的电压进行工作，待机电流为1 μA，测量误差为±5%，测量范围为0-20万Lux[13]气体浓度传感器选用H550型气体浓度传感器，该传感器的工作电流15 mA，精度可达±30 ppm[14]2.2  无线传感器网络硬件设计本设计无线传感器网络节点分为终端节点、协调器节点[15-16]。

终端节点由CC2530模块、无线收发模块以及传感器模块组成其中，传感器模块包括温湿度、光照度、气体浓度等传感器，终端节点通过SPI接口将传感器采集的环境数据发送至CC2530模块，CC2530模块再将采集的数据传送至无线收发模块，由该模块将环境数据以无线的方式发送至协调器节点协调器节点由CC2530模块和无线收发模块组成，该节点主要负责组建整个无线传感器网络，并与各个终端节点进行通信同时，协调器节点通过RS-485串口电路与嵌入式网关实现数据的收发，无线传感器网络节点硬件结构如图2所示2.3  嵌入式网关硬件设计嵌入式网关作为整个农产品冷链配送测控系统的核心，要求其具有较强的数据处理能力和丰富的对外输入、输出接口嵌入式网关由嵌入式微处理器、4 G移动通信模块、GPS模块、CMOS摄像头，电源模块，以及各种对外输入、输出接口等组成，嵌入式网关硬件结构如图3所示1）嵌入式微处理器采用三星公司生产的Exynos 4412 ARM微处理器，该处理器拥有四枚主频达到1.6GHz的Cortex-A9通用处理核心，并且通过动态电压频率调整技术，降低了处理器的功耗同时，该处理器还提供了丰富的外围I/O接口，非常适合作为本设计嵌入式网关的处理器。

2）4G移动模块采用华为公司生产的ME909s-  821模块，该模块同时支持移动、电信、联通4G网络，下行速率最高可达150 Mbit/s，上行速率最高可达50 Mbit/s，完全能够满足农业环境信息的实时传送3）GPS模块采用ATK 1218-BD可以实现GPS和北斗的双模定位，定位精度更高4）CMOS摄像头模块采用RS-HD10BW-V03  模块可以实现600线高清低照度摄像5）电源模块该模块可以为无线传感器网络的协调器节点以及嵌入式网关提供3.3、4.2和5.0 V的直流电源6）此外，嵌入式网关还具有2个UART接口，3个USB接口，以及数据线和液晶显示屏接口等3  系统软件3.1  无线传感器网络程序设计无线传感器网络由调器节点负责完成整个无线网络传感器网络的建立，协调器节点首先对2.4 GHz的无线信道进行扫描，并将没有被占用的空闲信道作为本无线传感器网络通信的信道;同时，协调器节点还负责制定无线传感器网络的参数指标，并且为网络的各个终端节点分配网络地址，当终端节点获得网络地址后便成功加入该网络，可以与协调器节点进行通信;组网完成后，协调器节点等待各个终端节点定时向其发送终端节点所采集的车厢内环境数据。

协调器节点在接受到监测数据后，通过RS-485串口将数据转发至与其相连的嵌入式网关，协调器节点程序流程图如4所示[17]无线传感器网络的终端节点会接收到协调器节点发送的创建无线传感器网络的信息，并根据需要申请加入该网络，当终端节点获得协调器发送的网络地址后便加入该网络此时，终端节点可以定。