基于ZigBee的智慧農場監控系統研究

周海珍

摘要：近年來，隨著互聯網技術，嵌入式技術、移動設備和無線網絡的發展，尤其是無線局域網技術在生產和生活中的使用日益成熟，在無線局域網環境下的無線控制成為一個熱門的研究和應用領域。本系統的研究，能夠實現一種低成本、 易擴展，適用于農業現代化和信息化的智慧農場控制技術。該技術的實現分為上位機技術與下位機技術，上位機利用Android提供的資源建立智能控制終端軟件，下位機利用單片機建立控制網關。該系統實現了無線局域網覆蓋下的無線控制。相對于傳統的農場，本系統采用的基于ZigBee的智慧農場監控系統具有使用低成本，高產量的，高效管理的特點。

關鍵詞：智慧農場;監控;ZigBee

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）01-0122-02

隨著物聯網等高新技術的發展，物聯網技術的產物滲透了我們日常工作和生活中的每一個細節部分。我國傳統的農業正在加快向現代化農業轉型，而智慧農業將成為現代農業未來發展的趨勢。智慧農場就是要應用現代化信息技術成果去監控農作物生長信息，白天光照強度，溫度及濕度，土壤環境等信息使農作物在最合適的環境下生長，提高農作物產量，同時也便于農場工作的有效管理和減少成本。

1 系統的總體設計

基于ZigBee的現代智慧農場監控系統總體分成兩個子系統。分別是上位機子系統和下位機子系統。上位機利用安卓提供的資源建立智能控制終端軟件。下位機利用單片機建立控制網關。客戶端的用戶使用手機或平板等移動設備登錄智慧農場監控系統，然后利用Wifi發送請求給服務器端，而服務器上事先通過WCF框架發布了Service，再根據用戶請求調用Service從而達到了請求與實現分離的，同時要與智能網關進行socket通信，根據用戶在手機上操作的請求發送相應的命令，如圖1所示。

遠程用戶則可使用智能終端通過Internet訪問智慧農場監控系統網關，來實現對農場系統的控制和遠程訪問。網關是整個智慧農場監控系統的核心，負責整個系統內部的協議轉換和數據交互等工作。網關的構成主要有核心處理器STN32F103C8、電源及JLINK調試模塊、WIFI控制、以太網。系統的多種控制方式、多種訪問方式都需要該網關來提供，另外農場的環境數據也需要該網關應用Zigbee技術來采集，將采集的數據進行處理來調節農場環境溫度、濕度、光照等因素，并將結果顯示到客戶端。

2 系統硬件的設計

目前常用的無線傳輸標準主要有三種，分別是ZigBee、藍牙、以及IEEE802.11WLAN，這三種標準各有所長。

本文研究的智慧農場監控系統在進行無線數據傳輸標準選擇時，需要綜合考慮室外信號覆蓋范圍、數據傳輸速率、以及系統建設成本。在以上三種標準中，ZigBee的傳輸速率雖然最低，更重要的是，ZigBee標準的復雜度低，能夠提供更長的電池壽命，系統運行成本不大。因此，本系統選擇ZigBee標準作為無線網絡傳輸方式。在明確了無線通信標準后，本系統的硬件配置如下：

本系統采用CC2530 SoC芯片作為硬件設備，采用具有ZigBee路由功能嵌入式設備作為智能開關設備。采用CC2530-ZNP芯片作為物聯網協調器，并采用SPI接口，設計網關硬件和主機連接如圖2和圖3所示。網關和智能設備采用的芯片均為SoC，并都支持ZigBee協議棧。主機CPU采用的是ARM9，運行為嵌入式系統裁剪后的Linux系統，如圖2所示。

智慧農場監控系統的物聯網部分，網關需要處理ZigBee協議，我們采用了德州儀器公司（TI）的CC2530-ZNP作為核心處理部件。物聯網與互聯網的連接也需要該芯片。要使ZigBee協議能夠正常運行就需要一個支持該協議運行的微處理器（MPU），它是一個既能夠運行簡單的任務輪詢又能夠自定義任務和中斷服務的操作系統，如圖3所示。

3 系統軟件的設計

本系統使用安卓開發設計智慧農場監控系統上位機軟件的實現。本系統軟件主要包括四個界面：

（1）智慧農場監控的主界面;

（2）智慧農場環境實時數據監控曲線界面;

（3）智慧農場的環境歷史數據監控曲線界面;

（4）智慧農場環境歷史數據報表界面。

其中智慧農場監控主界面作用是顯示當前農場的總體概況以及各個檢測點的運行狀況。智慧農場環境實時數據監控曲線界面可以顯示按時間段內的農場環境數據。智慧農場環境歷史數據監控曲線界面的作用記錄農場環境歷史數據并以數據曲線形式直觀顯示。如果想要對農場環境歷史數據進行保存或打印等操作，可以使用歷史報表控件來展示。

4 結語

智慧農場是一個技術與需求日新月異的新型活躍科技領域，各種前沿的科學技術的融合與摻雜推動著智慧農場行業快速向前發展。傳統農業相比，本系統采用時下新興的ZigBee無限傳感網絡技術，實現了一個低成本，高產量與高效管理的“智慧農場”。