一种基于无线智能移动端智慧农业设计

2018-07-12陈武高东明陈胜

电脑知识与技术 2018年12期

陈武高东明陈胜

摘要：农业发展及产量是人们一直追求，高质量和无人值守是现代农业向往的趋势之一，该设计特点是可以实现远程和自动化，智能化实现对现代农业的需求，鉴于该设计采用无线通信和TCP和WIFI，基于ieee802.15.4无线通信协议，zigbee融合该技术并设计该系统，智慧农业不仅质量得到保证，同时合理控制智慧农业产物的各种养分，根据前终端采集的各种参数和设定参数比较，实现自动智能化添加元素，使其智慧农业产量更加好，客户端可以更好监控，不仅节约成本，产量也伴随提高，经济效益有一定增长。该设备系统更加智能化，对智慧农业参数更加精确化，高效化，效益最大化。

关键词：ZIGBEE；智慧农业；无线传输；WIFI

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）12-0018-02

智慧农业是现代农业向往趋势之一，经济发展速度加快，工业化、智能化程度也进一步加深，人们对现今生活水平、生活追求、生活质量、生活中时间利用也提出了更高要求。资源节约和环境保护成为当今时代的主题之一，人们对美好生活向往和资源可持续利用越来越重视。实时监控和智能化管理对蔬菜生长进行监控，及时知道地表温湿度变化、光照强度、二氧化碳浓度、土壤酸碱度，准确掌控温棚里补水量，前提条件是蔬菜和瓜果重要质量之一。现在社会生产实践中都是利用电脑对温棚进行智能化控制，实际生产中，现在社会进步，移动端是现代生活必要之物之一，人们对移动端的了解也进一步加深，因此我们设计了这款APP@PC来满足智慧农业生产的需求，扩大农业经济效益。达到无人化，智能化，实现资源和人员最大经济化。

1 总体设计

ZigBee是一种新兴短距离、低速率、低功耗网络容量大无线网络技术之一，是介于蓝牙技术和WIFI无线之间技术之一，其基础是IEEE802.15.4协议， IEEE无线个人局域网工作组一项指标。鉴于该技术，系统设计ZigBee技术为核心，总体结构包括传感器节点、协调器节点、继电器控制节点、PC&PC;管理组成，各节点随机分布，节点之间自组网，组网方式三种：一是星型；二是网状；三是树状；能够实现自组网，。ZigBee联盟对ZigBee标准制定：IEEE802.15.4物理层、MAC层及数据链路层，ZigBee网络层、加密层及应用描述层制定也取得了较大进展。IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此ZigBee联盟对其网络层协议和API进行了标准化。完全协议用于一次可直接连接到一个设备基本节点4K字节或者作为Hub或路由器协调器32K字节。每个协调器理论值可连接多达65535个节点，多个路由终端可形成多种网络，路由传输路径可根据选择传输。ZigBee联盟还开发了安全层，保证这种便携设备不会意外泄漏其标识，而且这种利用网络远距离传输不会被其他节点获得，网络信息经过协调器传至APP&PC;数据显示和管理。

温棚环境参数准确上传，准确实时掌控数据，保证棚内植被正常生长，是该设计重要指标之一。如果温棚温度过高、土壤湿度、土壤PH值与栽种作物生长所需不同、光照不足。管理人员就可以使用手机打开APP&PC;对参数进行调节，力保温棚的环境管理人员可控范围。其系统总体结构图如图1所示。

2 系统硬件设计

2.1 硬件组成

保证系统稳定性，采用 ZigBee和WIFI无线通信，集成MCU 8051 CPU和WiFi芯片，智能网关采用ZIGBEE和WiFi芯片集成；采用无线WIFI模块通信，性能优良；协调器与WIFI采用串口通信模式；ZIGBEE伴随RF收发器系统分为三个部分组成：协调器，路由节点，终端设备。

终端设备：传感器节点：硬件由CC2530为核心处理器，RF无线收发模块，温湿度采集模块SHT11和PH计等传感器组成。继电器控制节点硬件由CC2530为核心处理器，RF无线收发模块、继电器模块HK4100F-DC5V-SHG组成，采用独立电源供电。

协调器节点：硬件由CC2530为核心处理器，RF无线收发模块组成。与终端设备代碼异同。

路由节点：和终端设备配置相同，烧录代码异同，其工作方式为无线通信，数据中转，传输至APP&PC;。

2.2 模块地址异同

CC2530拥有16位物理地址，地址分配取决于网络架构，分别三个值决定：

1）网络最大深度L

2）每个父亲设备上孩子数C

3）第二个子设备中有几个路由器设备R

根据三要素可推出某父亲设备路由间隔 C（d）

该公式计算Aparent这个父亲设备分配第n个终端设备地址An。

鉴于该设计，每块芯片拥有一个网络分配给子节点短地址，是该设备在zigbee网络中通信地址之一，此地址不唯一，时常组网芯片通信短地址不唯一。通信地址64位长地址是唯一；芯片收到短地址立即回复一个信息反馈协调器，实现一次数据通信成功上传。设计采用WIFI传数据上PC和APP端，WIFI和zigbee协调器相互转化，实现数据交汇，实现数据上传和下发指令。

3 系统软件设计

软件设计采用zigbee自组网机制，采集数据信息经WIFI协议，传输数据层，实现整个设计自动化实现控制。协调器节点与传感器节点、控制节点无线通信协议以IEEE802.15.4协议进行通信，采用MESH网络组网，实现自组网络。

3.1 传感器节点程序设计

传感器节点流程图如图2所示，首先初始化硬件和标准2007协议栈，节点是否加入协调器网络，其次查看该节点数据，由CC2530 RF收发模块将采集质量信息传送给协调器，再由ZIGBEE转WIFI转入数据端进行显示并实现相应控制指令。实现数据和指令上传和下发功能。

3.2 协调器接收和转发数据程序设计

协调器节点程序流程图如图3所示。首先初始化整个硬件，发出组网命令，网络判断是否有子设备加入；其次检测是否数據上传三次协议，数据经CC2530串口发送WIFI，协议上发到控制终端；最后选择查看所有节点，组网的命令发送结束，设备列表中子设备网络还未组好网络，再一次上发组网命令，实现自组网结束。如果移动端一旦发出命令，所有设备处于带工作状态。指令一经触发，设置好装温湿度和其他参数后。数据开始上传和数据下发指令，与之设定值相比较，温湿度上传作比较，其他参数相同，设定范围内，执行机构不执行，反之动作，既能实现智能化，又能实现自动化过程。

4 数据测试与分析

图4中湿度范围值设定和LED调光设置，根据各种植被需要选择不同的范围，使其适合生长；网络连接和退出系统是两个选择；应对移动端连接本地的网络，数据通过本地WIFI传输至APP&PC;，实现数据交汇。图中圆盘功能是对大棚光照强度电机控制，光照强度弱，电机正转，反之反转，实现植被光合作用充分吸收。

手动控制和智能控制是该设计最大的难点。

图5中功能有报警，温湿度显示，风扇等节点；设定相应的范围值，终端数据上传至移动端，实现数据交汇，与设定值相比较，终端上传的数据图中温度，湿度，风扇，报警等实时显示。数据上传至协调器节点，数据再次转发，移动终端收到数据，显示实时数据，与之相比较，执行机构做出相应机构。实现智能化，自动化管理现代农业。

5 结束语

本文提出一种基于无线智能移动端智慧农业设计方案，对现代智慧农业高效智能化管理硬件和软件进行设计。该系统能实时监控各个节点状态和高效可靠自动化传输数据和命令，同时更加实现了设备精准高效无人智能化一体管理，实现智慧农业文人值守，经济效益最大化。

参考文献：

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