基于cc2530+z-stack的智慧農場監控系統的研究

張杰

摘要：為實現對農場環境質量的監控，提高農作物產量，設計了基于zigbee技術的智慧農場監控系統。硬件上，系統采用cc2530模塊、各類傳感器和繼電器，實現環境信息的采集和控制;軟件上，系統采用IAR環境和z-stack協議棧，對信息采集和控制事件進行編程。本文主要圍繞監控系統所用的關鍵技術、系統架構、設計流程這三個方面進行討論。

關鍵詞：cc2530;智慧農場;z-stack

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）11-0050-02

0 引言

大數據時代，物聯網作為通信行業的新興技術，在行業標準不斷完善、技術不斷進步、國家政策大力扶持的推動下，已經創造出巨大的市場空間和產業機遇。傳統農業在生產過程中，農作物的種植多憑農民的經驗和感覺進行生產，這不僅會造成作業效率低下、肥水藥的嚴重浪費，還使得農產品品質與安全難以保證，很難做到精準化和利益最大化。進入工業物聯網時代，傳統農業可與物聯網和大數據技術等結合，實現設備物聯網，打造智能設備，實現農業生產智能化。本文通過物聯網技術，將傳感器放置在農田中計算出精確的灌溉量、施肥量、濕度、溫度等信息，監控農場的環境參數，時時掌握植物動態，一旦測量值超過閾值就會發出警告并將信息通知農場主，農產主根據實際情況對農場控制，如施肥、澆水、補光、通風等，從而避免傳統經驗式管理的資源浪費和對環境的破壞。

1 關鍵技術

在無線通信領域，zigbee技術以其低功耗、自組網、抗干擾強、網絡容量大等相關技術優勢受到業內廣泛的關注。智慧農業集系統、結構、服務、管理、控制于一體，以cc2530模塊為系統設備，通過低功耗、自組網、自恢復的zigbee協議連接網關組成完整的智慧農業系統。

1.1 zigbee

Zigbee技術為物聯網誕生，以低功耗和穩定的網絡為優勢，是當前最為流行的物聯網技術之一，zigbee一開始主要應用在工業控制、傳感等領域，傳感網絡是zigbee技術的核心，通過傳感網絡非常便于聯網控制。zigbee技術最大的特點就是材料成本低，組建的網絡大?；趜igbee的智慧農場系統可在控制網絡內容納大量的傳感器采集節點，實現大規模農場的遠程控制，通過網關的本地策略化功能及農場管理平臺，調節農場溫濕度、農場智慧燈的亮滅等，并會自動上報告警數據和在智慧農常管理平臺顯示告警位置，讓農場的管理瞬間變得簡單。

1.2 z-stack

z-stack是TI公司開發的用于zigbee技術的協議棧，便于程序員開發zigbee技術，在IAR集成開發環境中進行編程，進而實現對事件的產生和事件的處理。若想組建一個zigbee網絡，那么，在同一個網絡中的設備必須符合同一個協議棧規范，只要遵循該規范，即使在不同廠商買的不同設備同樣也可以形成網絡。z-stack可以從TI公司的官方網站上下載并安裝，Zigbe協議棧每一層都有一個事件處理函數，用來處理與這一層操作相關的各種事件，這樣，整個協議棧便會按照時間順序有條不紊地運行。

2 系統設計

智慧農場監控系統通過zigbee可實現各設備之間的互聯互通，如農場環境發生變化，可自動檢測信息，當環境值超出閾值發出報警信息并提供遠程信息反饋等功能。此系統可形成一個長期安全穩定的智能防線，給予農作物一個適合生長的最佳環境。系統設計包括硬件部分和軟件設計兩部分。

智慧農場監控系統選用cc2530作為核心硬件處理器，信息采集部分選用所需要的傳感器實現，如DS18B20、DHT11、紅外傳感器、HDS05、GY-30等;控制部分采用繼電器控制USB接口實現，如磁鐵式繼電器;顯示部分采用HT1620模塊。cc2530模塊是實現zigbee技術的優秀解決方案，完全符合zigbee技術對節點體積小和能耗低的要求。cc2530模塊體積小巧、供電能耗低、內置具有代碼預取功能的8051微型控制器、具有射頻功能，工作頻率為2.4GHz。cc2530有21個通用I/O引腳，6個電源引腳AVDD1- AVDD5，8路可配置分辨率的12位模擬信號到數字信號轉換電路，兩個支持多種串行通信協議的USART0和USAR1，1個看門狗定時器，1個多功能的5通道DMA控制器，4個定時器，1個用于MCU和無線設備連接的接口。

軟件設計流程為系統啟動后，初始化各個zigbee模塊，包括協調器、路由器、終端，協調器建立網絡后，路由器和終端節點加入網絡。隨后，路由器和終端節點開始采集農場地上和地下環境信息，如果環境信息符合要求，系統將信息傳遞給協調器并在顯示屏實現，協調器接受信息后通過串口轉USB接口，將信息傳遞給PC機和手機;如果環境信息不符合要求，系統將信息傳遞給協調器并在顯示屏實現和報警，協調器接受信息后通過串口轉USB接口，將信息傳遞給PC機和手機，農場主看到信息后會根據實際情況對農場進行相應的控制。

3 結語

基于zigbee技術的智慧農場監控系統以其成本低、功耗低、網絡節點多的特點已在我國大部分農場中進行應用，比如農作物種植、種苗培育、名貴珍惜花卉培養等。物聯網技術和農業應用的結合，是高科技成果為規?；a的現代化農業服務的成功案例，可為農作物生長創造最佳環境，增加作物產量，進而提高農場主的收入，提高農村人民生活質量。

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Research of Intelligent farm Monitoring System Based on cc2530+z-Stack

ZHANG Jie

（Jilin Agricultural Science And Technology University，Jilin Jilin? 132101）

Abstract：In order to monitor the environmental quality of the farm and improve the crop yield， an intelligent farm monitoring system based on zigbee is designed. On the hardware， the system adopts the cc2530 module， various sensors and relays to realize the collection and control of environmental information. In the software， the system adopts IAR environment and z-stack protocol stack to program information acquisition and control events. This paper mainly discusses the key technologies， system architecture and design process of the monitoring system.

Key words：cc2530; Intelligent farm; z-stack