基于云平臺的智能農業大棚系統

周漢達　李曉良　陳生慶　李樂欣　熊一帆　余培森　陳宇輝

摘 要：傳統的農業生產浪費了大量的人力物力，且存在著“看天吃飯”的現象，這種弊端導致傳統農業收成不好。針對這種情況，文中設計基于ZigBee的無線傳感網技術，聯合物聯網云平臺和微信小程序，設計了一款價格低廉、低功耗且全自動組網，可遠程實時查看環境參數的智慧農業大棚系統。

關鍵詞：無線傳感網;農業大棚系統;WiFi;物聯網云平臺;微信小程序;ZigBee

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2020）04-00-03

0 引 言

隨著經濟社會的發展，農業已經越發智能化，智慧農業是農業生產的高級階段，是集新興的互聯網、移動互聯、云計算和物聯網技術[1-2]為一體，依托部署在農業生產現場的各種傳感器（環境溫濕度、土壤濕度、二氧化碳等）和無線通信網絡，實現農業生產環境的智能感知、智能預警、智能決策、智能分析，為農業生產提供精準化種植、可視化管理、智能化決策。

科技發展帶來了生產和消費更集中、更大規模、更社會化和更高的生產效率，同時也意味著城市生活對資源的更大需求，對安全的更高要求。農業是人們食物的根本來源，但近幾十年由于需求量的暴增，人們濫用資源，不妥當的農業管理方式，導致目前農業發展陷入了資源短缺、環境污染、生產成本高、食品安全難以保障的死循環。

將我國的農業推向智慧農業迫在眉睫，基于物聯網的智能農業大棚系統將結合計算機控制技術以及滴灌技術，代替傳統的人工種植，底層采用傳感器代替人的感官，在提高了環境監測準確率的同時減少了人力，降低了農業生產成本，提高了產率。

智能農業大棚也是響應國家大力發展現代農業的政策，智慧農業的建設和發展受到國家的高度重視。現代農業采用無人化、信息化、科技化生產，與傳統農業大棚相比，具有高品質、高質量、高效率的優勢。

因此，本文基于先進的ZigBee技術，設計了一種全天候無人堅守，可遠程查看大棚環境情況的大棚系統，推進農業走向智能化、無人化的高質量、高生產發展。

1 系統總體設計

本系統分為4個子系統：檢測系統、控制系統、數據處理系統、終端系統。

（1）檢測系統：檢測系統通過CC2530搭載多種傳感器模塊，對大棚內部環境進行檢測，再利用ZigBee無線技術將傳感器數據傳輸到網關。傳感器模塊包括空氣溫濕度檢測模塊、土壤濕度檢測模塊、光強檢測模塊、雨滴檢測模塊。CC2530是TI公司專門用于ZigBee組網的硬件模塊，CC2530 結合了領先的 RF 收發器的優良性能和業界標準的增強型 8051 CPU，系統內可編程閃存、8 KB RAM和許多其他強大的功能，可以外接處理多種傳感器模塊。

（2）控制系統：控制系統通過CC2530搭載繼電器模塊，根據網關的指令，對大棚的環境進行控制。傳感器模塊包括卷簾電機控制模塊、降溫升溫控制模塊、加濕器模塊、水泵控制模塊。

（3）數據處理系統：數據處理系統就是網關，采用了Cortex-M4系列的強大處理器，搭載ZigBee協調器和ESP8266 WiFi模塊收發數據。ARMCortex-M4處理器是由ARM專門開發的最新嵌入式處理器，旨在滿足專門面向電動機控制、汽車、電源管理、嵌入式音頻和工業自動化市場的新興類別的靈活解決方案。

（4）終端系統：是一個遠程實時可操控的智能化終端系統，采用微信小程序將大棚的實時數據直觀展現出來，并且可以遠程操控大棚的控制系統。

微信小程序，簡稱小程序，英文名為Mini Program，是一種不需要下載安裝即可使用的應用，它實現了應用“觸手可及”的夢想，用戶掃一掃或搜一下即可打開應用。系統的總體框架如圖1所示。

2 系統硬件結構

2.1 網關模塊

網關模塊包括STM32F407ZGT6單片機、WiFi模塊、ZigBee協調器等。網關模塊由獨立供電模塊供電，可在室內長期使用。網關模塊的硬件設計如圖2所示。

2.2 檢測模塊

檢測模塊包括51單片機、RF天線、傳感器等。檢測模塊由獨立供電模塊供電，可在室內外長期使用。檢測模塊的硬件設計如圖3所示。

2.3 控制模塊

控制模塊包括51單片機、RF天線、電機等。控制模塊由獨立供電模塊進行供電，可在室內外長期使用。控制模塊的硬件設計如圖4所示。

3 系統流程設計

檢測系統設計見表1所列，控制系統設計見表2所列，數據處理中心系統設計見表3所列，終端系統設計表見表4所列，系統關系如圖5所示。

4 結 語

本文基于無線傳感技術開發了農業大棚智能監控系統，通過數據采集和信息傳輸，實時監控終端設備的運行狀態，有效地對資源進行管理和統計分析。通過ZigBee終端對系統中的傳感器數據進行傳輸，可以實時掌握現場的信息。通過嵌入式硬件設備、WiFi和小程序軟件的聯合測試實驗，結果表明，該系統具有低功耗、信息傳輸穩定、操作簡單等優點，對農業大棚信息化建設具有一定的現實意義。

參考文獻

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作者簡介：周漢達（1983—），男，廣東梅州人，碩士，講師，研究方向為嵌入式系統與物聯網。