基于ZigBee物联网智慧农业大棚的研究

田野 龚瑞昆

【摘  要】为了使用户能实时获取大棚内农作物生长的准确信息，本文采用ZigBee物联网技术搭建了智慧农业大棚智能系统。利用分布在农田中的各类传感器对数据进行采集，通过ZigBee网络与各设备之间的连接将数据传递给用户端，同时还将农作物的生长环境等信息传递给智能农业大棚应用服务平台，平台通过对各项数据科学的处理后报告给客户端分析、预测，来达到预防病虫害的发生目的，让农作物与互联网的对接成为了可能。

【关键词】物联网;ZigBee技术;智能化;智慧大棚

中图分类号：S220.2;文献标识码：A   文章编号：

0引言

本文利用ZigBee数据传输通信网络、监控系统、数据处理服务终端等模块作为基础搭建物联网平台，设计了一套完整的现代农业大棚系统[1]。大棚中的传感器节点把农作物的生长信息以及环境信息等数据通过ZigBee网络传递给大棚应用服务端，能够保证用户实时获取大棚内生长作物的生长信息，实现对大棚的智能化管理。

1 ZigBee技术介绍

ZigBee技术是一种低能耗、低成本的无线数据通信网络。ZigBee无线网络体系的协议结构是在IEEE 802.15.4规定的基础上，将其扩展到整个通信协议至网络层与应用层，能够实现农业大棚区间的短距离无线通信[2]。

2 智慧大棚系统设计

2.1 整体结构

ZigBee智慧大棚通信系统由感知、网络传输、应用服务三部分搭建。其中感知部分由分布在大棚内的各类传感器负责采集大棚内土壤、空气温湿度温湿度、pH值、光辐射强度、CO2浓度等植物生长环境信息，再将实时获取感知的数据传输到ZigBee网关;网络传输部分通过ZigBee协调器创建新的网络，同时协调器也具有路由器功能，将上层信息和监控模块的数据信息通过ZigBee网络保存到数据库中等待处理;应用服务部分主要负责数据的处理再进行展示与服务应用，提供给用户端，用户通过Android设备或者电脑等进行控制[3]。

2.2 模块构成

大棚通信系统的三个主要部分主要由五个模块构成[4]，如图1所示。

（1）数据采集模块，大棚内农作物的生长环境参数和土壤参数等信息通过各类传感器获取，主要通过这一模块的功能实现。

（2）自动预警模块，协调器端将传感器采集到的数据通过网络发送到网关并保存到网络数据库中。通过采集到的数据与数据库中农作物正常生长数据信息进行对比了解农作物生长是否正常。

（3）现场控制模块，由工作人员在Android手机或电脑终端完成对大棚卷帘遮光门、通风换气、喷水机等继电设备的控制。

（4）施肥、灌溉模块，使农作物对生长所需养分的需求不再受天气条件的制约。该模块主要由灌溉、施肥类继电设备控制实现。

（5）视频监控处理模块，主要由嵌入式网关与视频摄像头成对大棚内农作物生长情况的远程实时监控。

2.3 系统硬件设计

下位机硬件部分主要是终端节点跟协调器节点的功能实现。

终端节点部分由各类传感器负责采集棚内农作物数据信息。主要由CC2530[5]中央处理器、通信、传感器和电源控制四个模块构成。当传感器模块读取信号后经过一系列数据分析和转化后，便获得各类参数信息。协调器节点主要创建网络，实现和满足多个同区域终端通信功能。同时，还可以充當路由器。

上位机的硬件设计是用户端在Android智能手机、PC上可以直接安装的APP应用软件，在登录APP后可实现主对大棚实时数据在线检测、远程控制以及数据管理三大模块的操作。

2.3 系统软件设计

下位机的软件设计主要为系统的软件开发，运用支持C++语言编程的IAR Embedded Workbench 开发平台[6]。

上位机的软件部分主要采用Visual Studio集成开发软件用Java语言来对Web主页进行软件编程与开发。用户登录Web后进入客户端能够快速获取农作物的生长信息，同时可以查询历史数据、视频监控调取、调节传感器等。

3 结语

基于ZigBee物联网的智慧农业大棚系统与传统农业生产模式相比，作为一种新型的农业发展模式正在快速兴起。棚内的智能调节作用使得农作物不再自然天气条件的制约，可使得系统用户准确实时地了解温室大棚的信息，更好地促进农作物生长，极大提高了农作物的生产率，让农业向着更加智慧、精准的方向发展。

参考文献：

[1]孙忠祥.基于设备云平台的智能农业温室大棚远程监控统的实现[D].哈尔滨理工大学，2017.

[2]季永权.基于ZigBee无线传感网络的温室智能监控系统的研究与应用[D].浙江农林大学，2018.

[3]Liu L，Zhang Y.“Design of greenhouse environme nt monitoringsystem based on Wireless Sensor Network”，3rd International Conference on Control，Aujomation and Robotics.IEEE，pp.463-466，Apr.2017.

[4]基于ZigBee网络的温室环境监控系统设计[J].张宏伟，解应博，杨红涛.软件导刊.2017（07）.

[5]基于CC2530和ZigBee技术的智慧大棚系统的研究[J].薛文龙，李存永，杨世凤.黑龙江科技信息2016（15）.

[6]基于无线传感器网络的农田环境监测系统研究与实现[D].孙玉文.南京农业大学2013.

基金项目：

国家自然科学基金（编号：61803154）。

作者简介：

龚瑞昆（1962-），男，河北唐山人，博士，教授。主要从事检测技术及智能装置方面的研究。

田野，（1994—）男，河北保定人，硕士研究生。主要从事物联网智慧农业与智能控制方面的研究。

（作者单位：（华北理工大学）