基于物聯科技的智能農業系統平臺設計

劉嘉敏，代永強，潘皓澤，魏霖靜

(甘肅農業大學 信息科學技術學院，甘肅 蘭州 730070)

1 引言

智能農業是農業發展的新方向，它可以根據植物的生長習性及時的對環境參數做出調整，改變了傳統農業的管理方式，本文以綠色植物作為研究對象，將物聯技術和智能農業結合起來，基于ZigBee技術以及多種傳感器搭建一個模擬平臺。

2 ZigBee技術介紹

ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術。作為一種高可靠的無線數傳網絡，ZigBee不僅具有以上優點，還具備時延短、網絡容量大、安全性高等優勢。

ZigBee技術的物理層和媒體訪問控制層是以IEEE802.15.4為協議標準，ZigBee技術聯盟制定網絡層，而應用層則能根據用戶自己的應用需要對其進行開發并利用，所以，該應用可以給用戶提供更加靈活的組網方式。

根據IEEE.802.15.4-2003標準協議，可以將ZigBee的工作頻率分成3個頻段：868 MHz、915 MHz、2.4 GHz。在組網性能上，ZigBee技術可構造為點對點網絡或星型網絡，且在每個組成網絡內，每個節點都對應兩個地址為16bit的短地址(即網絡地址)和64bit的長地址(即ZigBee設備全球唯一的地址標識)，在一個ZigBee網絡中，可容納65536個設備數，充分體現網絡容量大這一特點。在無線通訊技術上，利用免沖突多載波信道接入(CSMA-CA)方式來避免無線電載波之間的沖突。

ZigBee技術的低功耗體現在其發射輸出僅為0～3.6 dBm，通信距離為30～70 m，在保證通信鏈路的條件下，設備可自動調節發射功率，消耗最少能量。

為保證通信數據的安全性和保密性，ZigBee技術采用密鑰長度為128位的加密算法和CSMA-CA機制，且在MAC層采用了確認的數據傳輸模式，該技術也提供基于循環冗余校驗(CRC)的數據包完整性檢查功能，支持鑒權和認證。

我國物聯網正進入發展的快車道，及眾多優點于一身的ZigBee技術終借物聯網應用異軍突起。

3 平臺的總體設計

3.1 平臺結構圖

平臺結構如圖1所示。

圖1 平臺結構

3.2 平臺功能模塊

3.2.1 主界面

主界面模塊中包含兩部分，即“當前環境”和“當前設置”(圖2、圖3)。在“當前環境”中可以顯示的信息有雨雪、光照、風速、CO2濃度、室內溫度、室內濕度、土壤溫度和土壤濕度。將所有信息都放在一個界面上，使人更加清楚明了。除此之外，還可以通過“當前設置”去改變“當前環境”中的信息參數從而給植物一個更加適宜的生長環境。

3.2.2 光合作用

光合作用模塊中包含兩部分，即“植物生長燈”和“換氣扇”(圖4)。可以利用植物生長燈的開關來調節當前光照強度并顯示在當前界面中；利用換氣扇的開關來調節CO2濃度并顯示在當前界面中。

圖2 主界面

圖3 設置界面

圖4 光合作用界面

3.2.3 氣象信息

在氣象信息的界面中(圖5)，利用“智能窗”的左右按鍵來調整智能窗的開關狀態從而調節風速大小，并將風速大小、雨雪狀況和智能窗的開關狀態都顯示在當前界面中。

3.2.4 溫濕信息

在溫濕信息的界面中包含室內溫濕度和土壤的溫濕度兩部分信息(圖6)，用溫控系統的開關對加熱器進行控制從而調節溫度信息，濕度信息可以利用灌溉系統的開關進行加水調節。

3.2.5 狀態信息

狀態信息界面是用來觀察各節點的狀態的(圖7)，其包含的節點有：協調器、風速節點、雨雪節點、光照節點、CO2節點、土壤節點、空氣節點、換氣扇節點、生長燈節點、灌溉器節點、電動窗節點和加熱器節點。

圖5 氣象信息界面

圖6 溫濕信息界面

圖7 狀態信息界面

3.2.6 視頻監控

可以利用“視頻監控”實時監控植物的生長狀態(圖8)，視頻信息直接在該界面中放映。

圖8 視頻監控界面

4 物聯科技在農業發展中的應用前景

隨著社會的快速發展和國家對農業的大力支持，加之物聯網技術的日漸成熟，物聯網在傳統農業領域的應用越來越廣泛。農業是物聯網技術的重點應用領域之一，也是物聯網技術應用需求最迫切、難度最大、集成性特征最明顯的領域。通過物聯科技，可以使我國的農業生產更快的向現代化邁進，物聯網技術也務必會成為構建智能農業系統的基礎。

5 結語

借助此平臺上傳感器所傳輸的數據，可以更快更準確的收集到農業數據信息，對這些數據進行分析并且利用溫控系統、灌溉系統、智能窗、植物生長燈以及換氣窗等對其生長環境的信息參數進行調整,較好地實現了自動化的智能功能。