蔬菜种植数字化监控平台的设计与实现研究

武立波 徐通 郝炎炎 临淄区农业技术服务中心 张敬智 山东思远农业开发有限公司

王新亮 淄博新润农业发展股份有限公司 马江涛 临淄区凤凰镇秀全家庭农场

现阶段，我国蔬菜种植已经基本实现了数字化控制，能够对种植的温湿度以及二氧化碳浓度进行调节、控制及管理，不过其智能化程度还有待于提升。ZigBee 技术属于无线传感通信技术，有着低功耗、短距离以及低速率等优点[1]。将该技术用于蔬菜种植监控平台中，能够对蔬菜种植环境进行动态调控，使得蔬菜种植的光照、温湿度、CO2浓度等得到合理调整，从而确保各类蔬菜生长、繁育环境的稳定，还能将外界不利因素消除，到达高产、优产的目的。

一、总体设计

设计人员在设计监控平台系统时前需要对市场需求进行合理分析，然后开展系统总体架构设计工作，在此基础上进行分区设计，尤其是上下位机模块设计，完成设计工作之后设计人员需要对系统进行调试，在调试中修正各项技术缺陷，从而完成监控平台控制系统的构建，后续将系统用于实际生产中[2]。

一般而言，系统网络结构的划分因需求而异，但是大体上主要包含以下几个组成：系统控制中心、无线监控网络、5G 控制网络以及环境因子控制。在这些架构之中，无线监控网络的构建主要以ZigBee 协调器为主，形成覆盖性强的通讯网络。无线网络的个节点主要分布于蔬菜生长区域，节点的作用是对蔬菜生长环境的温度、光强、湿度、CO2浓度、土壤湿度、营养液pH 值和EC值等进行动态调控，同时还能监测室外气象条件。传感器在获取数据后会将相关数据发送至控制中心[3]。在整个系统架构之中，无线监控网络是主体组成。ARM+linux 平台是控制中心的基础构造，能够对各项监测数据进行有效管理，并生成决策数据，帮助人们动态调节植物生长环境。通过RS232 指令可以将控制中心的控制信息传送到继电器系统中，然后对植物生长温度、湿度等各项生长要素进行调节。5G 控制网络能够24 小时不间断地对植物生长情况进行监测。通过应用5G 技术以及ZigBee 网络可以使得植物生产质量得到提升。

二、上位机模块

在监控平台上位机结构中，主要以PC机为主，上位机的主要功能有四个：第一，通过TCP/IP 实现上位机与ZigBee 网连接进行信息传递，然后将下位机数据获取，同时根据实际情况向下位机下达调控指令；第二，在收到相关数据后通过屏幕将数据显示出来，并对数据进行解码保存；第三，分析历史数据，对比数据后处理异常数据，对控制信息进行更新；第四，为使用者提供数据调取服务，同时可以将历史数据曲线显示在屏幕上。

三、下位机模块

下位机主要存在与蔬菜种植基内设置的Zigbee 节点上，其核心部件选用的是意法公司ARM 微控制器。下位机可以采集植物温湿度、检测光照强度、检测空气中CO2浓度、检测土壤含水量等，然后将获取的数据传输至ARM 控制器内部，然后对其进行调控。在下位机结构构造中，主要以Zigbee节点为主，借助于分布在区域的传感器对植物生长的温湿度、CO2信息以及光照强度等进行检测，然后借助于模糊算法能够动态的调节植物生长的温度、湿度。而LCD 显示器可以将感器获取的环境信息现实出来，操作人员也可以使用键盘对现场参数进行调节控制，而ZigBee 模块能够实时与上位机进行信息传递，可以将各类采集的信息发送到上位机，然后由上位机下达控制指令。

四、上、下位机通信

在控制平台中，实现上位机与下位机通过的主要网络是ZigBee 无线通网络，该网络可以全天候不中断进行通讯。ZigBee 网络术语近距离无线传感器网络，其优势在于功耗非常地、成本投入少并且可靠性更高。相比用户RS-485 网络或者是RS-232 网络，采用ZigBee 网络的优势在于可以实现监测、控制于一体，极大优化了系统运行的效率。

五、监控平台功能

采集终端的形式为嵌入式，能够稳定地将传感器发送的数据接收到，然后将数据保存显示。通过该平台能够将每个温室内部的环境参数进行动态分析处理。如果平台获取远程终端请求指令，则可以以短信的形式进行相关数据传输，使得用户通过手机则可以查看具体的情况。平台可以根据预先设定好的环境监测数据进行调整，如果某一项参数出现异常将会触发报警机制，相关人员可以通过警报类型分析具体的问题并提出针对性改进措施。技术人员可以借助于PC 机、5G手机通在web 服务器上进行操控，从而解决相关问题。通过这种形式，能够实现预期功能建设的目标，所以在设计监控平台时，应该进一步将网络工具应用，特别是5G 技术，能够极大地优化网络平台的转速度，解决数据传输不及时的问题，进而实现高质量管控的目标。

六、结束语

总而言之，将无线传感器网络技术应用在蔬菜种植数字化监控平台设计之中，并对监控平台控制流程进行优化，合理地构建上位机、下位机，借助于5G 网络技术控制信息传传递，可以提升系统的稳定性。本文主机研究了ZigBee 网络下蔬菜监控平台构建方案，旨在进一步优化平台的结构组成，使得平台能够发挥出其最大的作用，确保各项调控内容的稳定，这对于蔬菜种植质量的提升十分重要。