基于Zigbee和Android技術的智慧農業系統設計

王睿

摘要??? 針對我國當前農業生產現狀，本文提出了基于Zigbee和Android技術的智慧農業系統的需求和總體架構。系統的感知層采用Zigbee技術將農業現場的終端設備和傳感器組網，系統的應用層采用Android平臺開發環境監測、數據分析、遠程控制等終端應用，智慧農業系統能過程性管控農作物的生長過程，能自動改善生長環境，實現農業生產的智能化。

【關鍵詞】智慧農業 環境監測 農業Android 終端應用

物聯網最初由美國麻省理工學院自動標識中心提出，后來在國際電信聯盟發布的《ITU互聯網報告2005：物聯網》明確指出物聯網通信時代已經到來。物聯網就是物物相連的互聯網，通過視頻識別、紅外線感應器等傳感設備，進行信息的通信，實現智能化的跟蹤、檢測、和定位等功能的網絡。在我國，物聯網被列入國家五大新興戰略性產業之一，物聯網市場發展速度，在工業、農業、節能環保、商貿流通、交通能源、公共安全、社會事業、城市管理、安全生產等領域都有廣泛應用，本文主

要研究物聯網技術在農業系統中的應用。

1 系統需求

我國一直是農業大國，但是與美國、德國等發達國家相比，大多數地方都還是精耕細作的小農經營模式，生產方式落后，生產產量不高，甚至在天氣、氣候等多種不穩定因素下，連基本產量都無法保證。將物聯網技術應用到農業領域，建立智慧農業系統，增加農業硬件的基礎設施、提高農業生產的過程控制，改變農業發展粗放方式，才能提高我國的整體農業水平。

智慧農業系統需要有監測和控制功能。實時采集空氣濕度、空氣溫度、二氧化碳、土壤濕度、土壤溫度、光照等數據，了解農作物的生長環境。在現場安裝水閥、燈具、風機等設備，當外界環境的變化超過設定的閾值，能及時啟動和停止控制系統，自動調節農作物的生長環境，如打開風機、水閥等動作。

智慧農業系統還需要實時地攝像監控。由于傳感器只是采集數據，有時僅僅憑借數據并不能準確全面了解生長環境，在現場安裝攝像頭，進行視頻的錄制和采集，根據視頻信息更加準確了解現場。

用戶能在終端遠程查看采集的數據和視頻，能根據系統采集的數據進行預測分析，分析可能發生蟲害、冰雹等災害的概率，以便做好防范措施。還可以將拍攝的農作物病狀圖片遠程與專家溝通，建立視頻會議進行確診。

2 系統總體架構

通過對農業系統的需求分析，智慧農業系統包括終端設備、通信系統、服務器、移動端。終端設備主要包括環境采集器和控制器，通信系統指各設備之間數據的傳遞。服務器和移動端主要為用戶提供各種應用服務。智慧農業系統功能包括傳感器數據采集、視頻控制、環境監測、遠程控制、預測分析，如圖1所示。

在田間安裝光照、濕度、溫度、二氧化碳的傳感器和視頻監控設備，傳感器將采集的數據通過Zigbee技術發送至網關，網關對數據進行封裝，并將封包數據發送給傳輸層，通過傳輸層遠距離傳輸，將數據發送至智慧農業的服務平臺。通過服務平臺，用戶可以在手機終端、電腦等設備上查看采集的數據，預警設置、遠程控制設備、預測分析等管理，從而方便管理，輔助決策。

3 Zigbee傳感節點設計

Zigbee是一種新興的無線網絡技術，主要用在短距離范圍之內，傳輸速率不高的各種電子設備之間，Zigbee網絡主要包括協調器、路由器、終端結點。在ZigBee無線網絡中，有且只有一個全功能型的協調器，是整個網絡的控制中心，管理整個網絡。

本項目底層采用Zigbee為核心設計傳感節點，搭建傳感網絡。啟動協調器后，會自動網絡掃描，尋找沒有協調節點的頻道，確立相對安靜沒有干擾的頻道作為自己網絡頻道，并向周圍發送Beacon信號，當其他傳感設備開啟后，會自動搜索并連接到網絡，同時發出Beacon產生自己的子節點，從而一個Zigbee網絡就建立起來，網絡之間各個子節點之間能夠通信，節點與協調器之間也可以通信。

信息采集過程：Zigbee節點連接傳感器，Zigbee啟動組網成功后，Zigbee節點會將傳感器采集的空氣濕度、空氣溫度、二氧化碳、土壤濕度、土壤溫度、光照等現場數據定時傳送至Zigbee協調器，再由協調器經過網關統一轉發，經過3G/4G通訊網絡，將數據發送至服務器處理后保存到數據庫。

信息控制過程：Zigbee節點連接控制器，首先關閉水閥、打開光照燈等控制命令通過服務器發送至Zigbee協調器，協調器再通過網絡傳輸至各個Zigbee節點，節點收到命令后，通過控制器控制各項設備。Zigbee節點工作流程圖如圖2所示。

4 Android終端軟件設計

隨著3G/4G網絡的普及使用，手機移動終端作為通訊網絡的終端，同時也已經成為互聯網的終端，通過手機終端應用來監測和控制農業現場成為了一種趨勢。根據用戶的需求可以開發出各種農業APP終端應用。移動端訪問數據庫數據，進行分析匯總，在APP應用中能顯示傳感器信息，設置閾值，超值提醒，在線查看視頻，遠程控制，專家診斷等功能。

本項目采用java技術，使用MyEclipse、Android、mysql為開發平臺，包括服務端和移動端。服務端主要是獲取并解析傳感器采集的數據信息和控制設備的狀態，同時可以向控制設備發送控制指令。移動端通過瀏覽頁面或者點擊按鈕，向服務端發起請求，服務端進行邏輯處理后，如果僅僅是顯示數據，服務器將數據封裝成json格式傳給移動端，移動端對json數據進行解析并顯示，如果是控制指令，服務器將指令傳給智能網關，再傳遞給終端控制節點使設備做出控制動作。服務端流程圖如圖3所示。

圖4是手機的APP頁面，風扇、水泵、熒光燈和嗡鳴報警器能手動設置為打開和關閉狀態，當發現檢測的環境數據偏離標準值，手動遠程控制風扇、水泵、熒光燈等設備調節生長環境。使用科學手段對生產過程進行過程化管控，能確保農業的產量和質量。

5 結束語

本文在分析了我國農業現狀的基礎上，提出了智慧農業系統具有的功能和整體架構，在硬件方面使用Zigbee技術進行組網，軟件方面使用MyEclipse和Android平臺開發服務端和移動端，實現了農業生長環境數據的采集和顯示，生長環境的調節和控制、數據的分析和預測等功能。

參考文獻

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