本组设计的功能描述（含所有实现的模块的功能）

基于小熊派的智慧农业案例

1. 实时监测环境中温湿度变化及光照变化
2. 通过NB—IOT通信，将数据传至云端，实现云端实时检测。
3. 通过控制电机和补光灯的启动条件，实现所需环境要求的动态调节。

本组设计的主要特色

硬件方面：小熊派开发板+NB通信模块+智慧农业拓展模块。

软件模块：华为LiteOS+STM32L431RCT6

LiteOS 面向物联网的操作系统，具有轻量级、低功耗、互联互通等特性。

开发环境为IOT Studio。

小熊派开发板，面向物联网，扩展性强。

基本实现云端互通。

本组设计的体系结构

本组设计中的关键模块流程图及程序实现说明

实验整体流程

设备开发与应用开发分双线进行，其中，设备开发在IOT studio上进行，以LiteOS为基础，将智慧农业扩展模块和LPWN的NB通信模块分别进行程序移植，并复制裸机驱动到LiteOS工程并将驱动文件的路径添加到makefile文件，初始化E53_IA1扩展板进行数据采集任务。

应用开发部分，先创建项目、在其中创建产品，定义profile，并在线开发编解码插件，等待设备端开发完毕，进行web端应用开发，将设备入云并进行调试，完善，至此完毕。

本组设计的软件程序模块说明与使用手册

设备开发部分：

智慧农业E53_IA1扩展板程序：

E53_IA1扩展板中使用BH1750 光照强度传感器，SHT30温湿度传感器。

// 说    明:初始化BH1750函数Init_BH1750

void Init_BH1750(void)

{

uint8_t t_Data = 0x01;

HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1,BH1750_Addr,&t_Data,1,0xff);

}

// 说    明:启动BH1750函数Start_BH1750

void Start_BH1750(void)

{

uint8_t t_Data = 0x10;

HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1,BH1750_Addr,&t_Data,1,0xff);

}

// 说    明: 数值转换函数

float Convert_BH1750(void)

{

float result_lx;

uint8_t BUF[2];

int result;

Start_BH1750();

HAL_Delay(180);

HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, BH1750_Addr+1,BUF,2,0xff);

result=BUF[0];

result=(result<<8)+BUF[1];  //Synthetic Digital Illumination Intensity Data

result_lx=(float)(result/1.2);

return result_lx;

}

// 说    明: SHT30复位函数

void SHT30_reset(void)

{

uint8_t SHT3X_Resetcommand_Buffer[2]={0x30,0xA2}; //soft reset

HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1,SHT30_Addr<<1,SHT3X_Resetcommand_Buffer,2,0x10);

HAL_Delay(15);

}

// 说    明: 初始化SHT30函数Init_SHT30

void Init_SHT30(void)

{

uint8_t SHT3X_Modecommand_Buffer[2]={0x22,0x36}; //periodic mode commands

HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1,SHT30_Addr<<1,SHT3X_Modecommand_Buffer,2,0x10); //send periodic mode commands

}

//检查数据正确性

uint8_t SHT3x_CheckCrc(char data[], char nbrOfBytes, char checksum)

{

char crc = 0xFF;

char bit = 0;

char byteCtr ;

//calculates 8-Bit checksum with given polynomial

for(byteCtr = 0; byteCtr < nbrOfBytes; ++byteCtr)

{

crc ^= (data[byteCtr]);

for ( bit = 8; bit > 0; --bit)

{

if (crc & 0x80) crc = (crc << 1) ^ POLYNOMIAL;

else crc = (crc << 1);

}

}

if(crc != checksum)

return 1;

else

return 0;

}

//温度计算函数名称: SHT3x_CalcTemperatureC

//参数: u16sT：读取到的温度原始数据

float SHT3x_CalcTemperatureC(unsigned short u16sT)

{

float temperatureC = 0;            // variable for result

u16sT &= ~0x0003;           // clear bits [1..0] (status bits)

//-- calculate temperature [℃] --

temperatureC = (175 * (float)u16sT / 65535 - 45); //T = -45 + 175 * rawValue / (2^16-1)

return temperatureC;

}

//湿度计算函数: SHT3x_CalcRH

//参    数: u16sRH：读取到的湿度原始数据

// 返 回 值: 计算后的湿度数据

float SHT3x_CalcRH(unsigned short u16sRH)

{

float humidityRH = 0;              // variable for result

u16sRH &= ~0x0003;          // clear bits [1..0] (status bits)

//-- calculate relative humidity [%RH] --

humidityRH = (100 * (float)u16sRH / 65535);  // RH = rawValue / (2^16-1) * 10

return humidityRH;

}

// 初始化Init_E53_IA1的马达

void Init_Motor(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

/* GPIO Ports Clock Enable */

IA1_Motor_GPIO_CLK_ENABLE();

/*Configure GPIO pin Output Level */

HAL_GPIO_WritePin(IA1_Motor_GPIO_Port, IA1_Motor_Pin, GPIO_PIN_RESET);

/*Configure GPIO pin : PtPin */

GPIO_InitStruct.Pin = IA1_Motor_Pin;

GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;

GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;

GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;

HAL_GPIO_Init(IA1_Motor_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

}

//初始化Init_E53_IA1的补光灯

void Init_Light(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

/* GPIO Ports Clock Enable */

IA1_Light_GPIO_CLK_ENABLE();

/*Configure GPIO pin Output Level */

HAL_GPIO_WritePin(IA1_Light_GPIO_Port, IA1_Light_Pin, GPIO_PIN_RESET);

/*Configure GPIO pin : PtPin */

GPIO_InitStruct.Pin = IA1_Light_Pin;

GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;

GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;

GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;

HAL_GPIO_Init(IA1_Light_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

}

//扩展板初始化Init_E53_IA1

void Init_E53_IA1(void)

{

MX_I2C1_Init();

Init_BH1750();

Init_SHT30();

Init_Motor();

Init_Light();

}

扩展板驱动程序：

static void timer1_callback(void *arg)//LCD显示器模块

{

qr_code = !qr_code;

LCD_Clear(WHITE);

if (qr_code == 1)

LCD_Show_Image(0,0,240,239,gImage_Huawei_IoT_QR_Code);

else

{

POINT_COLOR = RED;

LCD_ShowString(40, 10, 200, 16, 24, "IoTCluB BearPi");

LCD_ShowString(15, 50, 210, 16, 24, "LiteOS NB-IoT Test");

LCD_ShowString(10, 100, 200, 16, 16, "NCDP_IP:");

LCD_ShowString(80, 100, 200, 16, 16, cn_app_server);

LCD_ShowString(10, 150, 200, 16, 16, "NCDP_PORT:");

LCD_ShowString(100, 150, 200, 16, 16, cn_app_port);

}

}

//消息处理函数

static int app_msg_deal(void *usr_data, en_oc_lwm2m_msg_t type, void *data, int len)

{

unsigned char *msg;

msg = data;

int ret = -1;

if(len <= cn_app_rcv_buf_len)

{

if (msg[0] == 0xaa && msg[1] == 0xaa)

{

printf("OC respond message received! \n\r");

return ret;

}

memcpy(s_rcv_buffer,msg,len);

s_rcv_datalen = len;

osal_semp_post(s_rcv_sync);

ret = 0;

}

return ret;

}

驱动程序主函数

//任务管理与创建

int standard_app_demo_main()

{

osal_semp_create(&s_rcv_sync,1,0);

osal_task_create("app_collect",app_collect_task_entry,NULL,0x400,NULL,3);

osal_task_create("app_report",app_report_task_entry,NULL,0x1000,NULL,2);

osal_task_create("app_command",app_cmd_task_entry,NULL,0x1000,NULL,3);

stimer_create("lcdtimer",timer1_callback,NULL,8*1000,cn_stimer_flag_start);

return 0;

}

添加驱动程序到路径，LiteOS 的整个项目工程使用 make 构建，完成驱动程序后，需要添加驱动文件的路径到 makefile 中，加入工程编译，就完成了驱动的移植。

配置 CONFIG_USER_DEMO 宏定义，将扩展板程序添加到makefile中进行编译，在工程根目录下的.sdkconfig文件中的末尾即可配置：

至此，编译、链接并将程序烧录至开发板，完成设备端开发。

云端开发流程：

应用开发部分：

产品创建，定义profile：

在线创建插件程序

在线调试设备：

设备运行情况检测：

设置设备运行规则，云端数据监测，自动发送消息：

串口助手实时显示数据发送

以Motor_ON为例：

手动发送指令到终端：

本组设计主要测试结果与性能分析

云端界面展示

课程设计总结（包括设计的总结和还需改进的内容）

基于小熊派的智慧农业案例总结：

实验中，主要参考小熊派的智慧农业开发案例，基本实现了智慧农业的智能感知、可靠传输、实现了云端的数据可视化、同时可以手动控制终端设备（电机和补光灯）的允许，或者通过设置相应的设备规则，从而实现环境温度、光照的自动调节。

1. 就整体完成情况而言，以Lite OS为基础，基本实现了嵌入式系统的各个环节。
2. 2、在LiteOS操作系统的基础上，实现了感知层的智能感知，传输层的NB通信，以华为云平台作为应用层服务，实现云端数据的实时监测，远程控制。
3. 通过设置在应用端设置设备规则，可将设备启动控制在特定条件下温度大于一定值，则电机启动，否则电机关闭；设定补光灯在光照小于一定值时，补光灯开启，提高光照，从而实现设备的智能化控制。

实验不足与改进：

1. 实验中数据发送与接受到云端的延时相对较大，一般无法立即观察到数据的实时显示，即便是手动和自动控制设备（电机和补光灯），仍然会有较大延时，但是通过串口发送到数据显示，数据确实是按照程序中要求的实时发送。
2. 多次实验发现，只有在复位开发板之后，数据才能通过NB通信，发送到云端，但是最多只能持续很短时间的实时发送，可以在云端实时显示温湿度及光照的变化，之后大概就好像中断了，数据就不能传送到云端了。但是通过串口发送的数据显示，数据仍然在实时发送，这一点未能解决。
3. 本次实验主要参考了小熊派的智慧农业案例，华为物联网系列的相关课程，在掌握嵌入式开发理论的基础上，验证实现了相关实验，这次的课设并没有实质性的扩展，这确实是不足。望老师见谅。