基于GPRS和ZiɡBee的農業管理系統設計

劉凱，馬晨，趙杰，韓團軍

（陜西理工大學，陜西 漢中 723000）

智慧農業是一個通過對環境進行實時監控對農作物生長進行分析和調整的全自動化產業平臺。借助物聯網技術對不同的農作物進行精準監測、精準分析、精準操作，通過多種傳感器對環境的各類參數進行檢測，用戶可以在電腦端對各個環境參數進行實時監測控制，使其達到農作物生產環境的要求農作物的生長環境更加優良。本文提出一種基于物聯網的農業自動化管理系統，實現對農業環境的溫濕度、光照等參數的實施監測，同時具有自動灌溉和調溫功能，可以為農業自動化管理提供技術依據。

1 系統硬件設計

整個系統選用STM32單片機系統作為主控核心，利用Z iɡB ee進行組網。STM32控制傳感器對各個檢測節點的參數進行測量，STM32通過串口將數據發送給Z iɡB ee模塊1，Z iɡB ee模塊1將數據經過無線傳輸給Z iɡB ee模塊2，Z iɡB ee模塊2再通過串口將數據發送給主控芯片，主控芯片將數據發送給GPRS模塊，最后，GPRS模塊將數據打包發送至電腦上位機軟件進行實時顯示。整個農業管理理系統硬件框圖如圖1所示：

圖1 系統硬件框圖

1.1 電源電路設計

設計對傳感器和主控芯片分別設計5V電壓和3.3V電壓電路。使用AMS1117穩壓芯片設計5V穩壓電路，得到穩定的5V電壓可為無線通信傳感器進行供電，設計是通過穩壓芯片將5V電壓轉化為3.3V為其余傳感器供電，得到了穩定的3.3V電壓。系統電源電路設計圖如圖2所示：

圖2 系統電源電路設計圖

1.2 主控電路的設計

設計采用STM32控制器，該處理器是用途非常廣泛的ARM內核，集成了非常豐富的接口，通信模塊以及其他功能模塊。處理器電路圖設計如圖3所示：

考慮我國居民消費中耐用品消費份額不斷上升的現實，本文構建了一個包含耐用品部門與非耐用品部門的多部門動態新凱恩斯主義模型，并在這一模型框架內，考察了擴張性貨幣政策的動態效應。研究結果顯示，擴張性貨幣政策引起耐用品部門名義工資、耐用品部門通脹以及耐用品消費更大幅度地上升。在此基礎上，進一步分析了以穩定增長為目標的政策下貨幣政策盯住目標選擇的問題。研究結果表明，如果耐用品的壽命足夠長，無論是基于緩和產出波動的角度，還是基于降低政策引致的社會福利損失的角度，貨幣政策盯住目標均應選擇耐用品部門通脹。

圖3 處理器電路圖設計

1.3 無線傳輸模塊電路設計

無線傳輸模塊由Z iɡB ee通信模塊和GPRS數據遠程傳輸模塊組成，Z iɡB ee通信模塊主要以CC2530芯片為核心，負責經過STM32處理的各傳感器檢測數據和信息的收發，CC2530芯片是TI公司生產的一種包含一顆小巧高效的8051控制器和一個高性能2.4GHz DSSS射頻收發器核心的芯片，它能夠以非常低的總的材料成本建立強大的網絡節點。Z iɡB ee模塊的電路設計圖如圖4所示：

圖4 Z iɡB ee模塊的電路設計圖

2 系統軟件設計

整個系統軟件設計分為終端檢測節點軟件設計、報警裝置軟件設計、Z iɡB ee通信模塊軟件設計、GPRS模塊軟件設計、上位機軟件設計。

2.1 終端檢測節點軟件設計

終端檢測節點包括各個采集模塊傳感器的初始化程序、采集到的數據進行處理分析以及通過Z iɡB ee無線傳送的通信子程序。系統首先上電復位執行操作，然后執行數據的采集，STM32將采集到的數據進行分析處理、校正計算，得到的實際的結果值通過STM32單片機串口控制的Z iɡB ee模塊將此數據傳送至協調器匯總節點。程序流程圖如圖5所示。

圖5 終端數據采集發送軟件流程圖

2.2 上位機軟件設計

系統采用Visual Studio 2010開發平臺對系統的上位機軟件進行開發，該平臺操作方便，通過對控件和庫的調用來實現控制數據系統采用界面。服務器和上位機是通過TCP協議通信。用戶可以根據自己的檢測數據和要求進行定義端口。整個上位機軟件系統由2個主要部分組成：軟件參數設置模塊和檢測數據接收及顯示模塊。上位機開發軟件功能圖如圖6所示：

圖6 上位機開發軟件功能圖

3 系統測試及分析

系統對不同時間不同地點四個節點進行試驗數據測試，測試了不同環境下對空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照強度進行測試，將空氣溫度和土壤溫度閾值設置為30℃，土壤水分閾值設置為50%，空氣濕度水分閾值設置為80%，光照強度閾值設置為300lx。測試結果顯示如表1所示：

表1 測試結果顯示

根據上表所示，可以發現當任意一個參數測量值超過系統設置閾值時，報警電路便啟動，報警模塊正常運行，開始報警。

4 結論

本文設計了基于Z iɡB ee和GPRS的農業管理系統，設計模塊包括傳感器采集模塊，報警模塊，Z iɡB ee傳輸模塊，GPRS模塊。通過各類傳感器對農作物生長的各種參數進行測量并經STM32微處理器處理后傳送給Z iɡB ee模塊，通過Z iɡB ee和STM32構成的網關傳送給GPRS模塊，再通過GPRS模塊上傳至電腦上位機，可以在電腦上位機上面設置閾值，當系統測量的任意一個值超過上位機軟件上面設定的最大值,則報警電路會立馬啟動，開始報警，提示管理員進行后續操作。整個系統運行可靠，可以為農業進行推廣。