基于ZigBee技术的农业环境监控系统

史德林

（江苏农林职业技术学院，江苏　句容　212400）

基于ZigBee技术的农业环境监控系统

史德林

（江苏农林职业技术学院，江苏句容212400）

农业信息化是现代化农业的重要内容。基于ZigBee无线网络技术的农业种植环境的监控系统，可提升设施农业生产的自动化以及智能化水平，从而提高农产品的生产效率。

物联网技术；ZigBee；设施农业

1　物联网技术在农业信息化中的作用

农业信息化是现代化农业的重要内容。利用物联网技术，在农业种植系统中安装智能控制器进行信息收集，获取全面的农业生产数据，通过无线网络将数据传输到信息管理中心，并在操作终端对采集到的信息进行分析处理，根据分析结果智能控制农业生产中的各种参数，如温度、湿度、土壤酸碱度等，从而实现农作物生长环境的自动监测，保证农作物的生长。

通过将物联网技术同农村信息化相结合，可以在日常生产生活中以更加精准高效的方式来进行农业生产，促进生产力的快速发展。作为我国重点发展的新兴产业，在农业生产中应用物联网新技术必将形成巨大的产业能力，对农业生产将产生巨大的促进作用。利用物联网技术为农作物整个生产过程提供更加有效的信息支持，可以有效提高农业生产效率，从而提高农业生产力。因此，大力发展农业物联网是农村信息化的必由之路。采用物联网技术可以实现农产品从生产到销售整个过程的实时监控，通过电子标识、条形码等方法，对农产品实现从农田到餐桌的整体监控，实现对农产品安全问题的有效监管。

2　ZigBee协议

作为一种新兴的低成本国际标准短距离无线通信协议，Zigbee协议具有价格低、使用方便、低功耗、时延短、工作可靠等特点，主要适用于距离较短、传输速率较低的数据传输和周期性、间性数据、低反应时间数据的传输。基于Zigbee技术的网络节点可多达65000个，这些网络节点组成了一个无线传感器网络，标准节点距离为75m，并可以无限扩展。节点不仅可以进行数据的中转，同时可以作为监控对象自动中转其他节点传输过来的数据，并可以通过无线连接的方式，同其它不承担网络信息中转任务的子节点进行连接。由于节点可以与不同的传感器进行连接，对采集的数据进行自主选择，且具有自组织网络特性，因此具有很好的网络扩展性和灵活性。近年来，由于Zigbee技术价格低廉、使用方便的优点，在诸多领域得到广泛的使用和快速的发展。Zigbee技术主要适用于微小的嵌入设备中，比如可以应用于安全定位、智能控制、环境监测和军事侦察等。Zigbee网络的设备中，根据其通信能力的不同可以分为全功能设备和精简功能设备两种物理设备。全功能设备是一种具有强大功能的设备，具有管理和控制网络的功能，既可以在全功能设备之间进行通信，也可以同精简功能设备进行通信。全功能设备不仅可以处理数据，也可以实现路由器的功能。精简功能设备只能作为通讯终端，通常精简功能设备只能和一个某一个全功能设备进行通信，且两个精简功能设备之间不能相互通信。由于精简功能设备所能传输的数据量较少，因此，不会占用过多的传输和通讯资源。

在ZigBee网络中，有三种逻辑设备类型：协调器节点、路由节点和终端节点。其中协调器节点只有一个，是整个网络的中心。当网络采用树形或网状拓扑结构时，需要用到路由节点。一般情况下，终端节点处于休眠状态，只能与上层节点进行通信。因此，只能采用全功能设备作用ZigBee技术中的协调节点和路由节点，而终端节点两种设备都可以。

根据不同的需要，ZigBee网络有星形拓扑结构、树形拓扑结构和网状拓扑结构。其中星形拓扑结构是由以一个协调器节点为核心的一系类终端节点所组成的，是一种简单的拓扑结构。由于星形拓扑结构的每个终端节点只能和协调器节点进行通信，因此这种拓扑结构比较适合在小范围内应用。树形拓扑结构是通过对星形拓扑结构进行拓展得到的，它由一个协调器节点为核心，若干路由节点和若干终端节点所构成的，形成多级路由节点，节点之间通过跳级的方式进行通信。但是由于树形拓扑结构的这种特点，当一个路由节点发生故障的时候，其下的一部分节点将不能继续工作。网状拓扑结构是一种较为复杂，也较为可靠的结构，同样由一个协调器节点为核心，若干路由节点和若干终端节点所构成，不同于树形拓扑结构的是，网状拓扑结构各个节点是呈网状分布的，这决定了它不同的信息传输方式。通常情况下，路由节点之间可以直接进行通信，且一个节点发生故障时，还可以通过其它节点进行数据传输，因此较为灵活和可靠。

3　在农业环境监控系统的应用

在设施农业的大棚监测系统中，选用stm32f0xx系列的单片机作为控制中心，供电模块对系统提供电源。依靠温度传感器、湿度传感器、图像传感器等控制模块，对大棚内种植环境进行实时监控，并周期性采集相关数据。最后，利用ZigBee无线网络技术，对数据进行传输，在PC终端显示。通过和标准参数进行对比，各功能模块通过无线网络进行发送和接收数据，从而达到对于农业种植环境信息的远程监控。

（1）温度、湿度信息感知事件的处理机制。在系统启动开始，对于农业大棚内部署在前端的感知节点迅速加入无线传感器网络，以便与协调器互动并发送应答，在此过程中，我们可以依据初始时刻指定的时间，周期性地采集温度和湿度的相关数据，其采集的频率上报方式由协调器发出指令控制。

（2）图像传感器感知事件处理机制。在系统启动时，部署在大棚中的图像传感器立刻加入到无线传感网络中，根据设定的触发事件，事件发生时，图像传感器被触发开始工作，开始拍照并将数据存储在节点存储器中，由于图像传输需要较大的传输带宽，因此可以等网络适合时，将图像进行分片，并通过无线传感网络输送到终端。在此过程中，具体的触发时间及时间间隔等参数根据协调器实时发送的命令来控制。此外，用户还可以在远端直接请求当前的图像。

The Agricultural Environment Monitoring System Based on the ZigBee Technology

SHI De-lin
（Jiangsu Polytechnic College of Agriculture and Forestry，Jurong，Jiangsu 212400，China）

The agricultural informatization is an important part of the modern agriculture.Agricultural environment monitoring Systembasedonthe Zigbeewireless network technology can improve the automatic andintelligent levelof agricultural production andfacilitateproducingefficiencyofagriculturalproducts.

the Internet of things technology；ZigBee；facility agriculture

TP274

A

2095-980X（2015）11-0056-02

2015-10-16

史德林（1980-），男，江苏响水人，硕士，讲师，主要研究方向：农业工程，物联网。