基于ZigBee网络的智慧农业园监控系统

吴永亮 顾丽霞

[摘 要]为了全面提升农业生产效能，节约农业生产成本，构建起现代高效的农业发展模式，我国以物联网技术为支撑，积极推动智慧农业园设计与建设活动。文章以智慧农业园作为研究核心，借助于ZigBee网络实现监控系统的构建，形成环境温度、湿度数据信息的获取以及传输，强化智慧农业园的安全防护能力，构建农业生产远程管理机制，提升农业生产质量，降低劳动强度，为农业发展注入新的活力。

[关键词]智慧农业;ZigBee网络;监控系统;构建

[中图分类号]S126 [文献标识码]A

ZigBee网络作为一种双向无线通信技术模式，与其他通信技术相比，具有实用性强、功耗低、投入少、延时小等诸多优势，现阶段主要是短距离、低传输速率的电子设备之间的信息数据传输交互。ZigBee网络在智慧农业园监控系统之中的优势，有效满足了现阶段智慧农业生产过程之中，对于园区温度、土壤湿度的快速获取，用户可以通过手机或者计算机，远程访问智慧农业园各项参数，对农作物的生长情况进行实时监控。以此为基础，采取远程监控的方式，对室内风扇、加湿器等设备运行状态进行调整，为农作物生长营造一个良好的环境，进而大大提升生产效率，节约成本投入，实现农业生产模式的升级。

1 智慧农业园监控系统设计理念

对智慧农业园监控系统设计理念的梳理，有助于技术人员在思维层面形成一个系统、全面的认知，逐步明确监控系统设计的主要环节与核心诉求，为后续技术应用提供了方向性引导，降低了智慧农业园监控系统设计工作开展难度，为后续各项技术应用工作的开展准备了条件。

现阶段智慧农业园在长期的发展过程之中，运行模式逐步完善，技术方案日益成熟，形成了无线传感网络、网关以及主控中心三大组成结构。为了保证监控系统运行质量，网关在设计过程中，普遍使用嵌入式结构，将ARM A8处理器作为主要控制节点，实现对智慧农业园运行过程中各类信息的准确获取以及高效交互，从实际运行情况来看，这种结构虽然整体上满足了现阶段智慧农业园监控系统的运行要求，但受制于技术方面的局限，监控系统中无线传感器、网关以及主控中心之间的联系性不强，信息数据交互延时性较大，无形之中导致监控系统运行质量的下降。为了有效弥补这种技术缺陷，在系统总体设计的过程中，将ZigBee网络引入其中，在网关设计环节过程之中，可以在网关串口标准方面做出调整，使其与ZigBee网络协调器能够顺利连接起来。通过这种设计模式，使得ZigBee网络能够在短时间内将无线网络传感器之中存储的数据及时、准确地进行传输以及分析，同时通过SOCKET结构传输到控制中心，用户借助于客户端获取相关信息，达到远程监控的目的。

2 ZigBee网络下智慧农业园监控系统硬件设计

ZigBee网络下智慧农业园监控系统硬件设计需要着眼于技术成熟度，综合分析智慧农业监控系统运行诉求，将ZigBee网络与无线传感模块、嵌入式网关等结构结合起来，逐步形成系统、高效的智慧农业园监控系统。

2.1 無线传感器模块设计

智慧农业园监控系统在进行无线传感器模式设计的过程中，应当涵盖传感器模块、控制器模块以及ZigBee无线通信模块三大组成部分，同时为了保证无线传感器运行的有效性，技术人员可以将传感器模块、控制器模块搭载于ZigBee无线通信模块之中。这种硬件处理方式，不仅可以节约无线传感器内部空间，也便于农户进行元器件的更换，降低了操作难度，同时在硬件设计环节，应对ZigBee无线通信模块之中的信息采集节点、控制节点进行梳理，确保其与传感器模块、控制器模块的有效衔接，保证无线传感器模块运行的高效性。

2.2 ZigBee无线通信模块设计

ZigBee无线通信模块硬件设计的过程之中，应该对通信芯片进行选择，确保芯片信息处理能力，使得ZigBee无线通信模块能够有效驱动传感器，汇总、收集智慧农业园相关数据。例如现阶段普遍使用CC2530芯片，为无线通信模块提供了一个可行性的技术模块，合理使用现有智慧农业园监控系统之中的Flash存储器，控制整个监控系统的能耗。以较低的成本投入逐步建立起完整的网络节点，为后续嵌入式网关结构设置工作的开展创设了便利条件。

2.3 传感器模块设计

基于智慧农业园监控系统的功能需求，ZigBee网络技术应用的过程之中，有必要优化传感器模块，实现对温度传感器、光照传感器以及土壤湿度传感器等合理设置，以保证农作物成长环境信息的及时获取。

2.3.1 温度湿度传感器的设置

在温度湿度传感器在设置过程中，需要对数据采集节点进行优化，在这一过程之中，要保证其工作电压处于2.4-2.5V的范围内，确保传感器的灵敏度。同时使用两条串行线将温度湿度传感器与处理器结合起来，借助于ZigBee无线通信芯片形成数据通道，实现温度湿度信息的快速获取。

2.3.2 光照传感器的设置

光照传感器的主要作用在于对光照数据的采集，当光照强度发生变化时，传感器之中内置的光敏电阻能够实施记录光照数据，并将数据传输到ZigBee无线通信模块之中，实现了对光照信息的快速传输。用户可以根据直观的光照数据信息及时调整相关生产形式，保证农作物生长过程之中对于光照因素的需求，保证农作物的产量与品质。

3 ZigBee网络下智慧农业园监控系统软件系统的构建

为了提升智慧农业园监控系统自身数据处理能力，优化远程控制功能，实现农作物生产要素的合理控制，在进行硬件系统升级的基础上，有必要总结过往经验，结合用户使用需求，优化监控系统软件结构，形成更为友好的用户界面，为后续智慧农业园监控系统的使用提供便利。

在ZigBee网络下智慧农业园监控系统软件系统的构建过程之中，技术人员可以使用嵌入式网关软件结构模式，逐步搭建软件平台，优化用户界面。其整体结构如下图所示：

将用户终端、应用层、传输层以及传感执行层联系起来，在实际操作的过程之中，嵌入式网关软件平台搭建的过程之中，需要对网关串口进行设置，保证其与ZigBee协调器的有效连接，实现数据信息从硬件之中快速导入。同时在这一过程中，将无线网卡与路由器连接起来，形成数据通道，并结合物联网技术，使得用户可以通过客户端，在读取各类参数的同时，下达操作指令，对农作物种植区域的湿度、温度等进行有效调整，实现了智慧农业生产模式的实现。以ZigBee网络为基础，实现了服务器与监控系统的有效连接，服务器中的温室环境智能监测系统可以显示传感器采集到的环境数据和执行设备的当前运行状态，当数据超过预设值时，可编程控制器对温室执行设备进行控制，同时系统触发报警功能。数据库对采集的数据进行存储，以保证对历史数据查询的准确性。

4 结语

为了保证ZigBee网络在智慧农业园监控系统中的实现，稳步提升监控效能，增强智慧农业园管理能力，构建起现代农业发展模式。文章着眼于实际，全面梳理智慧农业园监控系统设计思路，明确ZigBee网络应用的重点环节，在此基础上，对智慧农业园监控系统的硬件系统、软件系统持续优化，使得ZigBee网络能够切实满足现阶段智慧农业园监控系统的使用需求，借助于ZigBee网络的技术优势，推动整个远程监控运行效能的提升。

[参考文献]

[1] 鲍文燕，谭剑.基于ZigBee的农业大棚监控系统的设计[J].农业网络信息，2016（06）.