使用IOTGW-NUC100十分钟搭建智慧农业大棚监控系统

应用场景

现代农业生产中，大棚环境监控是保障产量和品质的关键。传统方案依赖人工巡检或昂贵的工业SCADA系统。本文介绍如何使用 IOTGW-NUC100 物联网网关，配合 NodeRed 可视化编排，零代码 搭建一套完整的智慧农业大棚监控系统。

系统架构

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                        云平台                                │
│   ┌──────────┐  ┌──────────┐  ┌──────────┐               │
│   │ 数据大屏  │  │ 告警通知  │  │ 历史存储  │               │
│   └────┬─────┘  └────┬─────┘  └────┬─────┘               │
│        │              │              │                      │
│   ┌────┴──────────────┴──────────────┴─────┐               │
│   │              MQTT Broker               │               │
│   └────┬───────────────────────────────────┘               │
└────────┼───────────────────────────────────────────────────┘
         │ MQTT
┌────────┼───────────────────────────────────────────────────┐
│ 边缘层 │  IOTGW-NUC100                                     │
│        │  ┌──────────────────────────────────────┐        │
│        │  │         NodeRed 流程编排               │        │
│        │  │  ┌────┐  ┌────┐  ┌────┐  ┌────┐   │        │
│        │  │  │采集│→ │阈值│→ │告警│→ │上报│   │        │
│        │  │  └────┘  └────┘  └────┘  └────┘   │        │
│        │  └──────────────────────────────────────┘        │
│        └────────────┬─────────────────────┘               │
└─────────────────────┼─────────────────────────────────────┘
                      │ RS485 (Modbus-RTU)
┌─────────────────────┼─────────────────────────────────────┐
│ 感知层 │   ┌─────────┼─────────┐                           │
│        │   ▼         ▼         ▼                           │
│   ┌────┴───┐  ┌────┴───┐  ┌────┴───┐                       │
│   │温湿度传感器│  │CO2传感器│  │土壤EC传感器│                 │
│   └─────────┘  └─────────┘  └─────────┘                       │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

硬件准备

设备	型号	数量	说明
物联网网关	IOTGW-NUC100	1台	边缘计算核心
温湿度传感器	SHT20	1-4个	Modbus-RTU接口
CO2传感器	MH-Z19B	1个	uart接口
土壤EC传感器	EC-5	1-2个	模拟输出
继电器模块	4路继电器	1个	控制风机/喷雾
电源	DC 12V 2A	1个	供电
RS485总线	RVVP 2x0.75	若干	传感器接线

接线说明

IOTGW-NUC100 接口定义

                    ┌─────────────┐
                    │  IOTGW-NUC  │
    RS485 A ◄───────┤ A           │
    RS485 B ◄───────┤ B           │
                    │ GND    12V+ │◄── DC 12V
                    │            │◄── USB-C 供电
    继电器 IN1 ◄────┤ GPIO1      │
    继电器 IN2 ◄────┤ GPIO2      │
                    │            │
    LAN ◄───────────┤ Ethernet   │
                    └─────────────┘

传感器接线

温湿度传感器（SHT20）接线：

网关 RS485-A ◄───► 传感器 A
网关 RS485-B ◄───► 传感器 B
网关 12V+   ◄───► 传感器 DC+
网关 GND    ◄───► 传感器 DC-

NodeRed流程配置

登录NodeRed

浏览器访问 http://192.168.88.1:1880
首次登录设置用户名密码

创建数据采集流程

步骤1：添加Modbus读取节点

从左侧节点栏拖入「modbus read」节点
双击配置：

名称：读取温湿度
单位ID：1
功能码：Read Holding Registers (3)
地址：0
数量：2
轮询间隔：10秒

步骤2：添加数据解析节点

拖入「function」节点，编写解析脚本：

// 假设温湿度传感器寄存器0=温度×10，寄存器1=湿度×10
var temperature = msg.payload[0] / 10;
var humidity = msg.payload[1] / 10;

return {
    payload: {
        device: "greenhouse_01",
        timestamp: new Date().toISOString(),
        temperature: temperature,
        humidity: humidity,
        unit: "celsius"
    }
};

步骤3：添加阈值判断节点

拖入「switch」节点配置告警规则：

温度 > 35°C → 发送告警
温度 < 10°C → 发送告警
湿度 > 85% → 发送告警
湿度 < 40% → 发送告警

步骤4：添加邮件告警节点

拖入「email」节点：

SMTP服务器：smtp.qq.com
端口：465
用户：your-email@qq.com
密码：your-auth-code
发件人：your-email@qq.com
收件人：farmer@example.com
主题：温室告警：{{payload.device}}

步骤5：添加MQTT上报节点

拖入「mqtt out」节点：

服务器：broker.example.com:1883
客户端ID：greenhouse_001
主题：farm/greenhouse_01/sensors
QoS：1

完整流程图

[Modbus Read] → [解析函数] → [Switch阈值] ─┬─→ [Email告警]
                                           │
                   ┌─→ [Dashboard图表]    │
                   │                       ├─→ [MQTT上报]
                   └─→ [Debug调试] ───────┘

数据大屏配置

启用NodeRed Dashboard

节点栏安装 node-red-dashboard
创建仪表板布局

添加温湿度曲线图

拖入「chart」节点到Dashboard：

标签：温室温度曲线
类型：折线图
X轴：时间（最近1小时）
Y轴：温度(°C)
刷新间隔：10秒

添加实时数值显示

拖入「gauge」节点：

标签：当前温度
范围：0-50
单位：°C
颜色：蓝→绿→红（根据阈值）

自动化控制配置

温度过高自动开启风机

添加控制流程：

[温度读取] → [判断 > 32°C] → [开启继电器1] → [等待温度 < 28°C] → [关闭继电器1]

实现方式：

拖入「switch」节点判断温度
拖入「rpi-gpio out」控制GPIO输出
拖入「trigger」节点实现延时关闭

土壤干燥自动喷雾

[土壤EC值读取] → [判断 < 30%] → [开启继电器2喷淋30秒] → [关闭继电器2]

云平台对接

阿里云IoT平台

创建产品和设备
获取 ProductKey、DeviceName、DeviceSecret
在NodeRed中使用MQTT节点配置：

服务器：${ProductKey}.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com:1883
客户端ID：${deviceId}|securemode=3,signmethod=hmacsha1|
用户名：${deviceName}
密码：${sign}

数据格式转换

使用function节点转换为JSON格式：

msg.payload = {
    id: new Date().getTime(),
    params: {
        temperature: { value: msg.temperature, desc: "温度" },
        humidity: { value: msg.humidity, desc: "湿度" }
    },
    method: "thing.event.property.post"
};
return msg;

部署与调试

本地调试

点击右上角「部署」按钮
观察Debug面板输出
检查Modbus通信是否正常

常见问题排查

问题	可能原因	解决方案
读不到数据	波特率不匹配	检查传感器设置，默认9600
数据跳变	RS485干扰	使用屏蔽双绞线
继电器不动作	GPIO电平错误	检查共地连接

查看日志

通过SSH连接网关查看系统日志：

ssh root@192.168.88.1
journalctl -u node-red -f

成本估算

组件	单价(元)	数量	小计
IOTGW-NUC100	899	1	899
温湿度传感器	120	4	480
CO2传感器	180	1	180
4路继电器	65	1	65
电源/线材	100	1	100
合计			1724

总结

使用IOTGW-NUC100搭建智慧农业大棚的优势：

✅ 零代码开发：NodeRed拖拽配置，无需编程基础
✅ 本地边缘计算：数据采集、告警、控制均可离线运行
✅ 多协议支持：Modbus/ MQTT/ HTTP全支持
✅ 远程运维：ZeroTier组网，浏览器远程管理
✅ 低成本方案：全套设备不到2000元

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