RT-Thread-【24嵌入式设计大赛】基于RT-Thread星火一号开发板的农业土质检测系统RT-Thread问答社区

【24嵌入式设计大赛】基于RT-Thread星火一号开发板的农业土质检测系统

发布于 2024-09-13 18:54:35 浏览：328 订阅该版

[tocm]

# 项目简介

本项目基于RT-thread操作系统，采用先进的**七合一土壤传感器**收集土壤数据，并通过**RS485总线**将数据传输至**星火一号主控板**。该主控板通过**WIFI或4G网络**，将数据实时上传至**阿里云平台**，实现用户对土壤状况的实时监控，促进农田或土地的科学管理。

# 开源代码与组件使用情况说明

## 系统硬件
- **主控板**：采用睿赛德公司提供的星火一号开发板。

![board-small.jpg](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240913/c593de4dc1602c7724fd8fb4b21af60b.jpg.webp)
- **传感器**：集成温湿度、pH值、电导率、氮磷钾等数据的七合一土壤数据传感器。

![传感器图片.jpg](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240913/a3be8b12df9436b6ab4ef8d9a60b2d96.jpg.webp)
- **通讯模块**：板载RW007 WiFi模块。

## 系统软件
- **操作系统**：底层硬件上搭载RT-thread操作系统的4.1.1版本。
- **软件包**：运用RT官方提供的RW007软件包、ali-iotkit软件包以及cJSON软件包。
- **数据传输**：通过UART外设进行。

## 云平台
- **平台选择**：采用阿里云平台。
- **平台优势**：提供设备物模型、数据可视化等组件，为项目提供直观的数据展示平台。

# 项目安装说明

1. 将七合一土壤传感器的**VCC**和**GND**连接至开发板的5V与GND，为传感器供电。
2. 将传感器的**RS485A**和**RS485B**连接至开发板的RS485接口，用于数据传输。
![主板.jpg](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240913/4aea359c2cd3b1455a0fca919b28456e.jpg.webp)
3. 在终端启动WIFI连接程序和阿里云连接程序。
4. 将传感器埋入距地面20至30公分的土壤中。
5. 打开阿里云平台，即可观察到传感器上报的数据。
![云平台.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240913/16a7f9f5e9709016135a876bdc750438.png.webp)

# 设计思路

1. **数据采集分析**：确定采集的土壤数据类型，由七合一土壤传感器负责采集并通过RS485总线传输。
2. **数据传输设计**：主控自检设备后开始采集数据，经传感器采集后传输至主控处理，再通过WiFi/4G模块发送至云平台。
3. **程序设计**：利用RT-thread实时操作系统创建多个线程，分别负责数据采集、网络连接和数据传输等任务，实现线程间通信。
查询命令发送线程：

```c
/*
char read_TemHumECPh[8] = {0x01,0x03,0x00,0x06,0x00,0x04,0xA4,0x08};//读取温湿度ec值和ph的命令
char read_NPK[8] = {0x01,0x03,0x00,0x1E,0x00,0x03,0x65,0xCD};//读取氮磷钾含量的命令
*/
void serial_tx_thread_entry(void *parameter)
{
    while(1)
    {
        rt_device_write(u3_dev, 0, read_TemHumECPh , 8);//发送读取温湿度ec值和ph的命令
        rt_thread_mdelay(1000);
        rt_device_write(u3_dev, 0, read_NPK , 8);//发送读取氮磷钾值的命令
        rt_thread_mdelay(1000);
    }
}
```
接收并且处理传感器数据线程：

```c
void serial_rx_thread_entry(void *parameter)
{
    int i = 0;
    char buffer;
    char rx_data[13] = {0};
    while(1)
    {
        while(rt_device_read(u3_dev, 0, &buffer, 1) != 1){
            rt_sem_take(&u3_rx_sem, RT_WAITING_FOREVER);    //等待信号量
        }
        rx_data[i] = buffer;    //接收的数据装进数组里
        i++;
        if (i == 11) {
            i = 0;
            if(rx_data[2] == 0x08){
                sensor_data[0] = (float)(rx_data[3] << 8 | rx_data[4]); //将温度值装进数组
                sensor_data[1] = (float)(rx_data[5] << 8 | rx_data[6]); //将湿度值装进数组
                sensor_data[2] = (float)(rx_data[7] << 8 | rx_data[8]); //将EC值装进数组
                sensor_data[3] = (float)(rx_data[9] << 8 | rx_data[10]); //将ph值装进数组
            }
            else if (rx_data[2] == 0x06) {                               //将氮磷钾含量值装进数组
                sensor_data[4] = (float)(rx_data[3] << 8 | rx_data[4]);
                sensor_data[5] = (float)(rx_data[5] << 8 | rx_data[6]);
                sensor_data[6] = (float)(rx_data[7] << 8 | rx_data[8]);
            }
        }

}
}
```
mqtt连接线程：

```c
static int example_publish(void *handle)
{
    int             res = 0;
    const char     *fmt = "/sys/%s/%s/thing/event/property/post";
    char           *topic = NULL;
    int             topic_len = 0;

char *method = "thing.service.property.set";
        char *id = "1541285507";
        int soilpotassiumcontent = (int)sensor_data[6];
        float soilTemperature = sensor_data[0]/100;
        int soilEC = (int)sensor_data[2];
        int soilnitrogencontent = (int)sensor_data[4];
        float soilHumidity = sensor_data[1]/100;
        float Latitude = 9;
        float Longitude = 8;
        float soilPH = sensor_data[3]/100;
        int soilphosphoruscontent = (int)sensor_data[5];
        char *version = "1.0.0";

//将传感器数据装载进json报文中
        sprintf(payload, "{\"method\":""\"%s\","
                "\"id\":\"%s\","
                "\"params\":"
                "{\"soilpotassiumcontent\":%d,"
                "\"soilTemperature\":%.1f,"
                "\"soilEC\":%d,"
                "\"soilnitrogencontent\":%d,"
                "\"soilHumidity\":%.1f,"
                "\"GeoLocation\":{\"Latitude\":%.1f,\"Longitude\":%.1f},"
                "\"soilPH\":%.1f,"
                "\"soilphosphoruscontent\":%d},"
                "\"version\":\"%s\"}", method, id, soilpotassiumcontent, soilTemperature, soilEC, soilnitrogencontent, soilHumidity, Latitude, Longitude, soilPH, soilphosphoruscontent, version);

topic_len = strlen(fmt) + strlen(DEMO_PRODUCT_KEY) + strlen(DEMO_DEVICE_NAME) + 1;
    topic = HAL_Malloc(topic_len);
    if (topic == NULL) {
        EXAMPLE_TRACE("memory not enough");
        return -1;
    }
    memset(topic, 0, topic_len);
    HAL_Snprintf(topic, topic_len, fmt, DEMO_PRODUCT_KEY, DEMO_DEVICE_NAME);
    res = IOT_MQTT_Publish_Simple(0, topic, IOTX_MQTT_QOS0, payload, strlen(payload));
    //mqtt发送报文
    if (res < 0) {
        EXAMPLE_TRACE("publish failed, res = %d", res);
        HAL_Free(topic);
        return -1;
    }

HAL_Free(topic);
    return 0;
}
```
再就是WiFi连接就是rw007软件包自带的一个msh命令，连上WiFi.再连接mqtt就OK了。
4. **硬件升级与网络通信**：预留其他传感器接口，具备网络通信功能，支持远程OTA系统升级。
# 设计重点难点

1. **环境适应性**：鉴于野外工作环境，设备需具备高防水防尘性能（IP68等级），并设计休眠唤醒功能以节省能源。
2. **数据报文解析**：传感器使用RS485协议和工业modbus总线报文，需设计算法提取有效数据。
3. **网络协议实现**：通过MQTT协议连接云平台，需填写设备三元组信息，并利用订阅、属性上报等命令更新数据。