1.项目背景
市面上低成本农用监测系统普遍功能单一，仅能机械采集、展示温湿度、土壤等原始数据，只读数、不解析、无决策，属于 “数据哑巴设备”。农户拿到一堆环境数值后，缺少专业农学知识，无法判断指标异常对作物的影响，不能确定何时浇水、通风、施肥，监测数据无法落地转化为农事动作。
同时传统设备大多依赖外接市电与固定宽带布线，农田、大棚、果园野外场景布线施工难度大、成本高，偏远地块无电网、无运营商宽带，设备难以落地部署。伴随 AI 大模型技术成熟、嵌入式硬件成本持续下行，行业缺少一款低成本、免布线离网部署，既能自动采集环境数据，又依托大模型做数据分析、自动输出落地农事方案的普惠型监测产品。
基于以上痛点，本项目打造分布式作物监测系统，填补中小农户智能化监测的市场空白，解决传统设备只采集数据、无智能分析指导的行业通病。
2.功能概述
系统实现农田环境全要素无感采集、太阳能离网免布线运行、Mesh 自组网数据传输、云端 AI 大模型智能分析；搭配 Web 管理端，农户 / 合作社可随时查看监测数据、异常告警、AI 种植建议，完成从田间数据采集到智能种植决策全闭环。适用散户、农业合作社、大棚高价值作物种植、基层农技部门。
3.硬件技术
3.1 PCB 主板
自研圆形PCB 主板集成 ，基于 ESP32-S3 主控，集成温湿度、光照、CO₂、土壤PH/水分 等多类工业传感器。
3.2 各项传感器
搭载BME280（空气温湿度与气压）与VEML7700（高精度光照）传感器，精准记录作物地上部分的微气候冷暖干湿及日照强度变化，为评估作物光合作用效率、预警极端气候（如高温干旱或霜冻）提供直接依据。采用工业级深埋式土壤探头（土壤湿度与 pH 值传感器），原位动态监测核心土层的含水量与酸碱度。精准把控根际微环境，直接指导后续的土壤改良与水肥一体化作业。气体与代谢环境感知：集成 SCD41（NDIR 红外二氧化碳）与 SGP40（VOC 空气质量）传感器，专门针对大棚等密闭设施农业场景，实时监控气肥（CO₂）浓度与有害气体积聚情况，全面保障作物呼吸代谢健康与农事人员安全。
3.3 外壳结构设计
采用自制开发的气动流道防雨百叶窗外壳结构。该外壳专为野外长期离网运行而设计，具备以下三大核心硬核特色：高防护与高透气完美兼容、光学感知与离网供电一体化顶部、极简的“即插即用”部署形态。
4.软件技术
4.1 mesh组网
相比于 Thread(线程协议)(低功耗，范围10-30米)、Zigbee(依赖网关)、蓝牙 Mesh 组网，Wi-Fi 连接具有较高的网络传输和设备间通信速率。采用 ESP32-S3-ETH 以太网网关，将 Mesh 局域网数据转为以太网信号上传云端，解决传统 Wi-Fi 双模冲突、数据拥堵问题，传输更稳定。
组网核心代码如：
mesh.setDebugMsgTypes( ERROR | STARTUP ); mesh.init( MESH_PREFIX, MESH_PASSWORD, &userScheduler, MESH_PORT ); //初始化网格 mesh.onReceive(&receivedCallback); userScheduler.addTask( taskSendmsg ); //将任务添加到调度程序 taskSendmsg.enable();
组网网关串口通信测试：
4.2 mqtt协议
在ESP32上使用MQTT协议，可以用的库比较多，这里选择pubsubclient ，该库可以找到的资料与 文档说明都比较详细，唯一的不足是该库只能发布QoS0的消息和订阅Qos0和Qos1的消息。
核心代码如下：
//创建一个网络客户端
WiFiClient espClient;
//创建一个完全配置的客户端
PubSubClient mqtt_client(mqtt_Server,mqtt_Port,callback,espClient);
//连接WiFi
void WiFi_connect(){
WiFi.begin(ssid, password);
unsigned long start_time = millis();
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
delay(500);
Serial.print(".");
if ((millis() - start_time) / 1000 > connectTimeout) {
Serial.println();
Serial.println("Connection timed out.");
break;
}
}
Serial.println();
Serial.print("WIFI连接成功");
//连接成功提示
}
//发布消息到指定主题
void Publish(String msg){
// 构造 JSON 格式，包含接收的消息内容
String dataJson = "{\"mesh_message\":\"" + msg + "\"}";
// 发布到 MQTT 服务器
mqtt_client.publish(pub_Topic, dataJson.c_str());
}
//连接mqtt服务器
boolean connect_MQTT(){
if(WiFi.status() == WL_CONNECTED){
//WIFI是否连接
if(mqtt_client.connect("mqttx_72b06547",mqtt_User,mqtt_Password)){
//连接服务器,如果成功
Serial.println("连接MQTT服务器成功");
//输出连接状态
mqtt_client.publish(pub_Topic, "ESP32已连接MQTT服务器"); //发布一个消息到主题
//mqtt_client.subscribe(sub_Topic); //订阅一个主题
}
return mqtt_client.connected();
}
传输展示：
5.网页功能展示
Web 端面向合作社与农技管理人员：
- 首页总览：设备在线数量、全域实时环境指标、当日告警汇总；
- 数据可视化：24 小时环境变化曲线、地块温湿度热力图、土壤墒情分布图；
- AI 专区：大模型生成的地块农事诊断与实操种植建议；
- 运维管理：Mesh 网络状态、节点信号 / 电量、历史告警、设备台账管理。
界面展示：
流程演示：