基于ZigBee物聯網智慧農業大棚的研究

田野 龔瑞昆

【摘 ?要】為了使用戶能實時獲取大棚內農作物生長的準確信息，本文采用ZigBee物聯網技術搭建了智慧農業大棚智能系統。利用分布在農田中的各類傳感器對數據進行采集，通過ZigBee網絡與各設備之間的連接將數據傳遞給用戶端，同時還將農作物的生長環境等信息傳遞給智能農業大棚應用服務平臺，平臺通過對各項數據科學的處理后報告給客戶端分析、預測，來達到預防病蟲害的發生目的，讓農作物與互聯網的對接成為了可能。

【關鍵詞】物聯網;ZigBee技術;智能化;智慧大棚

中圖分類號：S220.2;文獻標識碼：A ? 文章編號：

0引言

本文利用ZigBee數據傳輸通信網絡、監控系統、數據處理服務終端等模塊作為基礎搭建物聯網平臺，設計了一套完整的現代農業大棚系統[1]。大棚中的傳感器節點把農作物的生長信息以及環境信息等數據通過ZigBee網絡傳遞給大棚應用服務端，能夠保證用戶實時獲取大棚內生長作物的生長信息，實現對大棚的智能化管理。

1 ZigBee技術介紹

ZigBee技術是一種低能耗、低成本的無線數據通信網絡。ZigBee無線網絡體系的協議結構是在IEEE 802.15.4規定的基礎上，將其擴展到整個通信協議至網絡層與應用層，能夠實現農業大棚區間的短距離無線通信[2]。

2 智慧大棚系統設計

2.1 整體結構

ZigBee智慧大棚通信系統由感知、網絡傳輸、應用服務三部分搭建。其中感知部分由分布在大棚內的各類傳感器負責采集大棚內土壤、空氣溫濕度溫濕度、pH值、光輻射強度、CO2濃度等植物生長環境信息，再將實時獲取感知的數據傳輸到ZigBee網關;網絡傳輸部分通過ZigBee協調器創建新的網絡，同時協調器也具有路由器功能，將上層信息和監控模塊的數據信息通過ZigBee網絡保存到數據庫中等待處理;應用服務部分主要負責數據的處理再進行展示與服務應用，提供給用戶端，用戶通過Android設備或者電腦等進行控制[3]。

2.2 模塊構成

大棚通信系統的三個主要部分主要由五個模塊構成[4]，如圖1所示。

（1）數據采集模塊，大棚內農作物的生長環境參數和土壤參數等信息通過各類傳感器獲取，主要通過這一模塊的功能實現。

（2）自動預警模塊，協調器端將傳感器采集到的數據通過網絡發送到網關并保存到網絡數據庫中。通過采集到的數據與數據庫中農作物正常生長數據信息進行對比了解農作物生長是否正常。

（3）現場控制模塊，由工作人員在Android手機或電腦終端完成對大棚卷簾遮光門、通風換氣、噴水機等繼電設備的控制。

（4）施肥、灌溉模塊，使農作物對生長所需養分的需求不再受天氣條件的制約。該模塊主要由灌溉、施肥類繼電設備控制實現。

（5）視頻監控處理模塊，主要由嵌入式網關與視頻攝像頭成對大棚內農作物生長情況的遠程實時監控。

2.3 系統硬件設計

下位機硬件部分主要是終端節點跟協調器節點的功能實現。

終端節點部分由各類傳感器負責采集棚內農作物數據信息。主要由CC2530[5]中央處理器、通信、傳感器和電源控制四個模塊構成。當傳感器模塊讀取信號后經過一系列數據分析和轉化后，便獲得各類參數信息。協調器節點主要創建網絡，實現和滿足多個同區域終端通信功能。同時，還可以充當路由器。

上位機的硬件設計是用戶端在Android智能手機、PC上可以直接安裝的APP應用軟件，在登錄APP后可實現主對大棚實時數據在線檢測、遠程控制以及數據管理三大模塊的操作。

2.3 系統軟件設計

下位機的軟件設計主要為系統的軟件開發，運用支持C++語言編程的IAR Embedded Workbench 開發平臺[6]。

上位機的軟件部分主要采用Visual Studio集成開發軟件用Java語言來對Web主頁進行軟件編程與開發。用戶登錄Web后進入客戶端能夠快速獲取農作物的生長信息，同時可以查詢歷史數據、視頻監控調取、調節傳感器等。

3 結語

基于ZigBee物聯網的智慧農業大棚系統與傳統農業生產模式相比，作為一種新型的農業發展模式正在快速興起。棚內的智能調節作用使得農作物不再自然天氣條件的制約，可使得系統用戶準確實時地了解溫室大棚的信息，更好地促進農作物生長，極大提高了農作物的生產率，讓農業向著更加智慧、精準的方向發展。

參考文獻：

[1]孫忠祥.基于設備云平臺的智能農業溫室大棚遠程監控統的實現[D].哈爾濱理工大學，2017.

[2]季永權.基于ZigBee無線傳感網絡的溫室智能監控系統的研究與應用[D].浙江農林大學，2018.

[3]Liu L，Zhang Y.“Design of greenhouse environme nt monitoringsystem based on Wireless Sensor Network”，3rd International Conference on Control，Aujomation and Robotics.IEEE，pp.463-466，Apr.2017.

[4]基于ZigBee網絡的溫室環境監控系統設計[J].張宏偉，解應博，楊紅濤.軟件導刊.2017（07）.

[5]基于CC2530和ZigBee技術的智慧大棚系統的研究[J].薛文龍，李存永，楊世鳳.黑龍江科技信息2016（15）.

[6]基于無線傳感器網絡的農田環境監測系統研究與實現[D].孫玉文.南京農業大學2013.

基金項目：

國家自然科學基金（編號：61803154）。

作者簡介：

龔瑞昆（1962-），男，河北唐山人，博士，教授。主要從事檢測技術及智能裝置方面的研究。

田野，（1994—）男，河北保定人，碩士研究生。主要從事物聯網智慧農業與智能控制方面的研究。

（作者單位：（華北理工大學）