基于NB-IoT的西红柿基地温湿度监测系统

总体硬件架构

在西红柿种植园内，我们为每株作物分配RFID标签，以便在每次照顾作物后记录其生长状况、施肥和灌溉等信息。这些数据将上传至云端，便于用户在线实时监控作物生长情况。

为了确保温湿度的精确控制，我们在作物棚内每隔3米放置一个温湿度传感器，收集实时的温度和湿度数据。这些数据同样会上传至云端进行统一管理。

当温湿度出现异常时，传感器会发出警报（红色灯开始闪烁），同时在用户端进行异常提示。这样，农户可以及时处理西红柿生长过程中可能出现的问题，为西红柿创造更有利的生长环境。

云端记录的温湿度数据和用户端的信息将帮助用户根据作物的实际需求调整培育方案，从而优化西红柿的生长过程。通过这种智能化的管理系统，西红柿种植园将实现更高的产量和更优质的果实。

涉及的关键技术

RFID阅读器：为作物分配RFID标签，进行作物数据管理。

Arduino和A9芯片：作为核心组件，负责温湿度数据的采集和串口通信。

OneNET物联网云平台：通过TCP连接实现与A9的数据交互，实现远程监控和控制。

Java：在系统中，Java的角色不仅包括Java Swing用于图形化界面的设计和数据展示，还涉及通过URL连接方式从OneNET平台获取数据。这部分的Java代码负责与OneNET平台进行通信，实现数据的获取与展示。

关联

在Arduino设备中采用分层结构，包括硬件层（Arduino和A9）、通信层（串口通信、TCP连接）、云平台层（OneNET）和用户界面层（Java Swing）。

系统物理分布： Arduino与传感器连接，A9连接Arduino并通过串口通信，A9与OneNET通过TCP连接，Java Swing界面连接OneNET获取数据。

Arduino＋A9

OneNET

实时监控与远程控制： OneNET物联网云平台作为核心，为系统提供了实时监控和远程控制的关键支持。通过TCP连接，A9芯片与OneNET建立了高效稳定的通信渠道，使得用户能够远程实时监测温湿度状况，并通过云平台进行远程控制。这种能力对于农业管理等领域至关重要，能够提高决策的灵活性和时效性。

数据存储与分析： OneNET云平台在数据存储和分析方面发挥着关键作用。温湿度数据经由A9上传至OneNET后，被安全地存储，并可随时检索和分析。这种数据的持久性存储为用户提供了可靠的历史数据基础，支持用户进行深度分析，从而更好地了解和适应环境变化。

URL连接的灵活性： Java通过URL连接OneNET平台的方式，为系统提供了灵活性和可扩展性。这种通信方式不仅符合现代Web开发的标准实践，同时也为未来的系统扩展和二次开发提供了方便。系统可以轻松集成其他数据源或服务，以满足不断变化的需求。

JavaSwing

实用的图形化界面： Java图形化界面技术（例如Swing）通过URL连接OneNET平台，使用户能够以直观、友好的方式观察温湿度数据。图表和统计图的展示为用户提供了直观的数据呈现方式，使得用户能够更容易理解复杂的环境数据变化。

源码+注释

#include <gprs.h>                 // 包含 GPRS 库
#include <SoftwareSerial.h>       // 包含软件串口库
#include <dht11.h>                // 包含 DHT11 温湿度传感器库
#include <UTFT.h>                 // 包含 UTFT LCD 屏幕库
#include <stdio.h>                // 标准输入输出库
#include <stdlib.h>               // 标准库

UTFT myGLCD(QD_TFT180A,7,8,5,4,6);  // 初始化 UTFT 类型的 LCD 屏幕对象，参数需根据你的显示模块进行更改
extern uint8_t SmallFont[];        // 引用 SmallFont 字体
extern uint8_t BigFont[];          // 引用 BigFont 字体
extern uint8_t SevenSegNumFont[];  // 引用 SevenSegNumFont 字体

GPRS gprs;                          // 初始化 GPRS 对象
dht11 DHT11;                        // 初始化 DHT11 对象

#define DHT11PIN A2               // 设置 DHT11 传感器连接的引脚为 A2

bool gprsInit() 
{
  gprs.preInit();                   // GPRS 模块预初始化
  int i = 0;
  while(0 != gprs.init()) {         // 若 GPRS 初始化失败则循环重试
    delay(500);
    Serial.println("init error");
    i++;
    if(i >= 10){
      return false;
    }
  }  
  while(0 != gprs.connectTCP("183.230.40.40",1811)){  // 若无法连接指定 IP 和端口则重试
    Serial.println("connect error");
    i++;
    delay(1000);
    if(i >= 3)
      break;
  }
  gprs.closeTCP();                  // 关闭 TCP 连接
  Serial.println("gprs connect ok");

 i = 0;
  while(!gprs.join("cmnet")) {      // 加入指定的网络，此处需要根据自己的网络进行修改
    Serial.println("gprs join network error");
    delay(1000);
    i++;
    if(i >= 5){
      return false;
    }    
  }
  return true;                      // 返回初始化结果
}

double Fahrenheit(double celsius)  // 摄氏度转华氏度的函数
{
  return 1.8 * celsius + 32;
}   

double Kelvin(double celsius)      // 摄氏度转开氏度的函数
{
  return celsius + 273.15;
} 

double dewPoint(double celsius, double humidity)   // 计算露点的函数
{
        double A0= 373.15/(273.15 + celsius);
        double SUM = -7.90298 * (A0-1);
        SUM += 5.02808 * log10(A0);
        SUM += -1.3816e-7 * (pow(10, (11.344*(1-1/A0)))-1) ;
        SUM += 8.1328e-3 * (pow(10,(-3.49149*(A0-1)))-1) ;
        SUM += log10(1013.246);
        double VP = pow(10, SUM-3) * humidity;
        double T = log(VP/0.61078);   // temp var
        return (241.88 * T) / (17.558-T);
}

double dewPointFast(double celsius, double humidity)    // 快速计算露点的函数
{
        double a = 17.271;
        double b = 237.7;
        double temp = (a * celsius) / (b + celsius) + log(humidity/100);
        double Td = (b * temp) / (a - temp);
        return Td;
}


void setup() 
{
  Serial.begin(9600);
  while(!Serial);
  Serial.println("Setup Complete!");
  Serial.println("DHT11 TEST PROGRAM ");
  Serial.print("LIBRARY VERSION: ");
  Serial.println(DHT11LIB_VERSION);
  Serial.println();
  myGLCD.InitLCD();
  Serial.println("startInit");
  delay(5000);  
  gprsInit();// 初始化 GPRS 模块
  String identify = gprs.getIdentify();
  Serial.print("identify:");
  Serial.println(identify);
}

int flag = 0;

void loop() 
{
  Serial.println("startloop");
 

  int chk = DHT11.read(DHT11PIN);

  // Serial.print("Read sensor: ");
  // switch (chk)
  // {
  //   case DHTLIB_OK: 
  //               Serial.println("OK"); 
  //               break;
  //   case DHTLIB_ERROR_CHECKSUM: 
  //               Serial.println("Checksum error"); 
  //               break;
  //   case DHTLIB_ERROR_TIMEOUT: 
  //               Serial.println("Time out error"); 
  //               break;
  //   default: 
  //               Serial.println("Unknown error"); 
  //               break;
  // }

  

   
  if(0 == gprs.connectTCP("183.230.40.40",1811)){   // 尝试连接服务器
    Serial.println("connect successfully");
  }
  else{
    Serial.println("connect failed");
  }


  char hum[2]; 
  char temp[2];
  int int_hum = (int)DHT11.humidity;  // 获取湿度值
  int int_temp = (int)DHT11.temperature;  // 获取温度值
  
  gprs.connectTCP("183.230.40.40",1811);
  gprs.sendTCPData("*153149#18#hum*");
  gprs.sendTCPData(itoa(int_hum,hum,10));  // 将湿度值转换为字符串并发送到服务器
  Serial.println("hum");
  Serial.println(hum);
  gprs.closeTCP();

  gprs.connectTCP("183.230.40.40",1811);
  gprs.sendTCPData("*153149#18#temp*");
  gprs.sendTCPData(itoa(int_temp,temp,10));  // 将温度值转换为字符串并发送到服务器
  Serial.println("temp");
  Serial.println(temp);
  gprs.closeTCP();

   
  /*  
    if(gprs.sendTCPData(itoa(int_temp,temp,10))==0){
    Serial.println("sent temperature successfully");
   }else{
     Serial.println("sent temperature failed");
    }
    
  */


Serial.print("Read sensor: ");

  if(Serial.available()){
    char a=Serial.read();
    if (a=='1'){
      flag = 1;
      Serial.println("Alarm Open!"); }
    else if (a=='0'){
      flag = 0;
      Serial.println("Alarm Close!"); }
    }

  switch (chk)
  {
    case DHTLIB_OK: 
                Serial.println("OK"); 
                break;
    case DHTLIB_ERROR_CHECKSUM: 
                Serial.println("Checksum error"); 
                break;
    case DHTLIB_ERROR_TIMEOUT: 
                Serial.println("Time out error"); 
                break;
    default: 
                Serial.println("Unknown error"); 
                break;
  }

  Serial.print("Humidity (%): ");
  Serial.println((float)DHT11.humidity, 2);

  Serial.print("Temperature (oC): ");
  Serial.println((float)DHT11.temperature, 2);
  float hum1 = (float)DHT11.humidity;
  float temp1 = (float)DHT11.temperature;
  int i=0;
 myGLCD.clrScr();                // 清除屏幕内容
  myGLCD.setFont(SmallFont);      // 设置字体
  myGLCD.setColor(255, 255, 255); // 设置颜色
  myGLCD.setBackColor(255, 0, 0); // 设置背景颜色
  myGLCD.print("HUM Test", CENTER, 20);
  myGLCD.print("HUM", 15, 50);
  myGLCD.print("TEMP", 15, 70);
  myGLCD.printNumF(hum1, 2, 60, 50);
  myGLCD.printNumF(temp1, 2, 60, 70);

  // 当湿度大于40且报警标志为1时，触发LED闪烁报警
  if(hum1>40 && flag == 1)
  {
    digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
    delay(100);
    digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
    delay(100);
    digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
    delay(100);
    digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
    delay(100);
    digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
    delay(100);
    digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
    delay(100);
  }
  
  delay(500);
}