基于ZigBee網絡的智慧農業園監控系統

吳永亮 顧麗霞

[摘 要]為了全面提升農業生產效能，節約農業生產成本，構建起現代高效的農業發展模式，我國以物聯網技術為支撐，積極推動智慧農業園設計與建設活動。文章以智慧農業園作為研究核心，借助于ZigBee網絡實現監控系統的構建，形成環境溫度、濕度數據信息的獲取以及傳輸，強化智慧農業園的安全防護能力，構建農業生產遠程管理機制，提升農業生產質量，降低勞動強度，為農業發展注入新的活力。

[關鍵詞]智慧農業;ZigBee網絡;監控系統;構建

[中圖分類號]S126 [文獻標識碼]A

ZigBee網絡作為一種雙向無線通信技術模式，與其他通信技術相比，具有實用性強、功耗低、投入少、延時小等諸多優勢，現階段主要是短距離、低傳輸速率的電子設備之間的信息數據傳輸交互。ZigBee網絡在智慧農業園監控系統之中的優勢，有效滿足了現階段智慧農業生產過程之中，對于園區溫度、土壤濕度的快速獲取，用戶可以通過手機或者計算機，遠程訪問智慧農業園各項參數，對農作物的生長情況進行實時監控。以此為基礎，采取遠程監控的方式，對室內風扇、加濕器等設備運行狀態進行調整，為農作物生長營造一個良好的環境，進而大大提升生產效率，節約成本投入，實現農業生產模式的升級。

1 智慧農業園監控系統設計理念

對智慧農業園監控系統設計理念的梳理，有助于技術人員在思維層面形成一個系統、全面的認知，逐步明確監控系統設計的主要環節與核心訴求，為后續技術應用提供了方向性引導，降低了智慧農業園監控系統設計工作開展難度，為后續各項技術應用工作的開展準備了條件。

現階段智慧農業園在長期的發展過程之中，運行模式逐步完善，技術方案日益成熟，形成了無線傳感網絡、網關以及主控中心三大組成結構。為了保證監控系統運行質量，網關在設計過程中，普遍使用嵌入式結構，將ARM A8處理器作為主要控制節點，實現對智慧農業園運行過程中各類信息的準確獲取以及高效交互，從實際運行情況來看，這種結構雖然整體上滿足了現階段智慧農業園監控系統的運行要求，但受制于技術方面的局限，監控系統中無線傳感器、網關以及主控中心之間的聯系性不強，信息數據交互延時性較大，無形之中導致監控系統運行質量的下降。為了有效彌補這種技術缺陷，在系統總體設計的過程中，將ZigBee網絡引入其中，在網關設計環節過程之中，可以在網關串口標準方面做出調整，使其與ZigBee網絡協調器能夠順利連接起來。通過這種設計模式，使得ZigBee網絡能夠在短時間內將無線網絡傳感器之中存儲的數據及時、準確地進行傳輸以及分析，同時通過SOCKET結構傳輸到控制中心，用戶借助于客戶端獲取相關信息，達到遠程監控的目的。

2 ZigBee網絡下智慧農業園監控系統硬件設計

ZigBee網絡下智慧農業園監控系統硬件設計需要著眼于技術成熟度，綜合分析智慧農業監控系統運行訴求，將ZigBee網絡與無線傳感模塊、嵌入式網關等結構結合起來，逐步形成系統、高效的智慧農業園監控系統。

2.1 無線傳感器模塊設計

智慧農業園監控系統在進行無線傳感器模式設計的過程中，應當涵蓋傳感器模塊、控制器模塊以及ZigBee無線通信模塊三大組成部分，同時為了保證無線傳感器運行的有效性，技術人員可以將傳感器模塊、控制器模塊搭載于ZigBee無線通信模塊之中。這種硬件處理方式，不僅可以節約無線傳感器內部空間，也便于農戶進行元器件的更換，降低了操作難度，同時在硬件設計環節，應對ZigBee無線通信模塊之中的信息采集節點、控制節點進行梳理，確保其與傳感器模塊、控制器模塊的有效銜接，保證無線傳感器模塊運行的高效性。

2.2 ZigBee無線通信模塊設計

ZigBee無線通信模塊硬件設計的過程之中，應該對通信芯片進行選擇，確保芯片信息處理能力，使得ZigBee無線通信模塊能夠有效驅動傳感器，匯總、收集智慧農業園相關數據。例如現階段普遍使用CC2530芯片，為無線通信模塊提供了一個可行性的技術模塊，合理使用現有智慧農業園監控系統之中的Flash存儲器，控制整個監控系統的能耗。以較低的成本投入逐步建立起完整的網絡節點，為后續嵌入式網關結構設置工作的開展創設了便利條件。

2.3 傳感器模塊設計

基于智慧農業園監控系統的功能需求，ZigBee網絡技術應用的過程之中，有必要優化傳感器模塊，實現對溫度傳感器、光照傳感器以及土壤濕度傳感器等合理設置，以保證農作物成長環境信息的及時獲取。

2.3.1 溫度濕度傳感器的設置

在溫度濕度傳感器在設置過程中，需要對數據采集節點進行優化，在這一過程之中，要保證其工作電壓處于2.4-2.5V的范圍內，確保傳感器的靈敏度。同時使用兩條串行線將溫度濕度傳感器與處理器結合起來，借助于ZigBee無線通信芯片形成數據通道，實現溫度濕度信息的快速獲取。

2.3.2 光照傳感器的設置

光照傳感器的主要作用在于對光照數據的采集，當光照強度發生變化時，傳感器之中內置的光敏電阻能夠實施記錄光照數據，并將數據傳輸到ZigBee無線通信模塊之中，實現了對光照信息的快速傳輸。用戶可以根據直觀的光照數據信息及時調整相關生產形式，保證農作物生長過程之中對于光照因素的需求，保證農作物的產量與品質。

3 ZigBee網絡下智慧農業園監控系統軟件系統的構建

為了提升智慧農業園監控系統自身數據處理能力，優化遠程控制功能，實現農作物生產要素的合理控制，在進行硬件系統升級的基礎上，有必要總結過往經驗，結合用戶使用需求，優化監控系統軟件結構，形成更為友好的用戶界面，為后續智慧農業園監控系統的使用提供便利。

在ZigBee網絡下智慧農業園監控系統軟件系統的構建過程之中，技術人員可以使用嵌入式網關軟件結構模式，逐步搭建軟件平臺，優化用戶界面。其整體結構如下圖所示：

將用戶終端、應用層、傳輸層以及傳感執行層聯系起來，在實際操作的過程之中，嵌入式網關軟件平臺搭建的過程之中，需要對網關串口進行設置，保證其與ZigBee協調器的有效連接，實現數據信息從硬件之中快速導入。同時在這一過程中，將無線網卡與路由器連接起來，形成數據通道，并結合物聯網技術，使得用戶可以通過客戶端，在讀取各類參數的同時，下達操作指令，對農作物種植區域的濕度、溫度等進行有效調整，實現了智慧農業生產模式的實現。以ZigBee網絡為基礎，實現了服務器與監控系統的有效連接，服務器中的溫室環境智能監測系統可以顯示傳感器采集到的環境數據和執行設備的當前運行狀態，當數據超過預設值時，可編程控制器對溫室執行設備進行控制，同時系統觸發報警功能。數據庫對采集的數據進行存儲，以保證對歷史數據查詢的準確性。

4 結語

為了保證ZigBee網絡在智慧農業園監控系統中的實現，穩步提升監控效能，增強智慧農業園管理能力，構建起現代農業發展模式。文章著眼于實際，全面梳理智慧農業園監控系統設計思路，明確ZigBee網絡應用的重點環節，在此基礎上，對智慧農業園監控系統的硬件系統、軟件系統持續優化，使得ZigBee網絡能夠切實滿足現階段智慧農業園監控系統的使用需求，借助于ZigBee網絡的技術優勢，推動整個遠程監控運行效能的提升。

[參考文獻]

[1] 鮑文燕，譚劍.基于ZigBee的農業大棚監控系統的設計[J].農業網絡信息，2016（06）.