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【摘要】為了轉(zhuǎn)變現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，利用各類相互協(xié)調(diào)工作的傳感器實(shí)時(shí)采集溫室的環(huán)境參數(shù)并通過無線通信方式傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動監(jiān)控，并由中央控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)環(huán)境的自動、手動調(diào)節(jié)，建立農(nóng)戶和農(nóng)業(yè)專家之間的連接。從而方便人工遠(yuǎn)程遙控調(diào)節(jié)，使環(huán)境達(dá)到最適宜的狀態(tài)，可以最大限度提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，簡化操作。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)；數(shù)據(jù)采集與傳輸；自動控制

1現(xiàn)有農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀及存在的問題

在當(dāng)今中國社會中，農(nóng)業(yè)一直是黨和國家十分重視的一個(gè)民生問題，我國作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，要想發(fā)展好農(nóng)業(yè)，“三農(nóng)問題”成為了一個(gè)必須要解決的矛盾節(jié)點(diǎn)。“三農(nóng)問題”是指農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、農(nóng)民這三個(gè)問題。實(shí)際上，這是一個(gè)從事行業(yè)、居住地域和主體身份三位一體的問題，但三者側(cè)重點(diǎn)不一，必須一體化地考慮以上三個(gè)問題。“三農(nóng)問題”是農(nóng)業(yè)文明向工業(yè)文明過渡的必然產(chǎn)物。隨著當(dāng)今電子信息技術(shù)的發(fā)展，新的技術(shù)以及人性化的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)能夠更好的幫助農(nóng)民解決許多勞作過程中的實(shí)際問題，提升勞動的效率，有利于農(nóng)業(yè)的發(fā)展，以及“三農(nóng)“問題的解決。而現(xiàn)今物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟。結(jié)合具體的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，我們考慮通過實(shí)現(xiàn)該生產(chǎn)模式中多個(gè)子農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的智能協(xié)調(diào)工作并配備上電腦端應(yīng)用軟件，來提高生產(chǎn)效率，節(jié)省勞動力，簡化操作流程。

2關(guān)鍵技術(shù)

ZigBee通信協(xié)議：Zigbee是一種新興的短距離、低速率的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。主要用于近距離無線連接。它有自己的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)傳感器傳到另一個(gè)傳感器，所以它們的通信效率非常高。Zigbee是一個(gè)由可多到65000個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)組成的一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，十分類似現(xiàn)有的移動通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)。

3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

針對系統(tǒng)控制的需求，考慮到系統(tǒng)內(nèi)人員流動信號干擾等，綜合考慮溫室動態(tài)信息的采集處理與傳輸以及通信的可靠性，實(shí)現(xiàn)環(huán)境參數(shù)無死角、無盲采集和傳送，實(shí)現(xiàn)對控制對象的精確無誤的調(diào)節(jié)控制，并針對用戶群體設(shè)計(jì)一個(gè)易操作、簡單明了的應(yīng)用服務(wù)端，故系統(tǒng)研制應(yīng)遵循以下原則：①安全性；②易操作性和可維護(hù)性；③靈活性和擴(kuò)展性；④精確性和實(shí)時(shí)性；⑤先進(jìn)性。本系統(tǒng)由三個(gè)終端節(jié)點(diǎn)，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中心協(xié)調(diào)器，客戶端主機(jī)組成。

3.2無線傳感器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

ZigBee終端節(jié)點(diǎn)是智能化系統(tǒng)硬件的基本單元，需要具備環(huán)境因子采集、數(shù)據(jù)處理、無線通信等功能。農(nóng)業(yè)上的具體應(yīng)用下，此次設(shè)計(jì)的無線終端節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮了低成本、低功耗、穩(wěn)定、可靠等因素。三個(gè)終端節(jié)點(diǎn)分別安置在溫室大棚、畜舍、沼氣池子系統(tǒng)內(nèi)，用于定時(shí)啟動傳感器采集環(huán)境因子并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)動至網(wǎng)絡(luò)中心協(xié)調(diào)器，網(wǎng)絡(luò)中心協(xié)調(diào)器收集到三個(gè)終端節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)之后通過串口將三組數(shù)據(jù)逐一發(fā)送至協(xié)調(diào)器，三個(gè)ZigBee終端節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器之間遵從ZigeBee協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸；而協(xié)調(diào)器通過有線串口通信方式將數(shù)據(jù)打包發(fā)送至客戶端主機(jī)。

3.3本地客戶端設(shè)計(jì)

客戶端主機(jī)作為監(jiān)控的中心，將協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)接收到的數(shù)據(jù)通過有線串口發(fā)送到本地主機(jī)并將數(shù)據(jù)存儲到本地主機(jī)的后臺數(shù)據(jù)庫中和客戶端上顯示；通過上位機(jī)軟件設(shè)置打開畜舍和溫室之間通風(fēng)口的閾值。連接遠(yuǎn)程服務(wù)器，將獲取的數(shù)據(jù)通過Http協(xié)議發(fā)送至服務(wù)器，通過定時(shí)發(fā)送Http請求獲取服務(wù)器端的命令。

3.4系統(tǒng)特點(diǎn)

溫室控制從環(huán)境因素控制可分為：單因子控制和多因子綜合控制。單因子控制就是在控制過程中只對某一因素進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，不考慮其他因素的影響，這種控制技術(shù)比較簡單，可操作性比較好，但是存在控制過程動態(tài)波動較大，控制邏輯沖突等問題，多因子綜合控制是相對于單因子控制而言的，這種控制系統(tǒng)在考慮某一環(huán)境要素變化時(shí)還要考慮其他因素的變化情況，自動的做出相應(yīng)的改變和調(diào)整，能最大限度的優(yōu)化環(huán)境組合條件，是控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。而在本系統(tǒng)內(nèi)即采用，多因子綜合控制：不僅考慮了CO2濃度同時(shí)還附加考慮了光照強(qiáng)度和溫度等因素來調(diào)節(jié)系統(tǒng)到最佳狀態(tài)。

4系統(tǒng)性能測試

4.1無線傳感網(wǎng)絡(luò)性能測試

系統(tǒng)上電后，中心節(jié)點(diǎn)的ZigBee模塊作為協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡(luò)，采集節(jié)點(diǎn)的ZigBee模塊作為終端節(jié)點(diǎn)搜索并加入網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)建立后，中心節(jié)點(diǎn)啟動一個(gè)定時(shí)器，輪流向各個(gè)采集節(jié)點(diǎn)發(fā)送指令，采集節(jié)點(diǎn)接收到指令后利用攜帶的傳感器采集數(shù)據(jù)并發(fā)送給中心節(jié)點(diǎn)，其余時(shí)刻采集節(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)。中心節(jié)點(diǎn)收到所有采集節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)后，將這些數(shù)據(jù)通過有線串口發(fā)送至本地服務(wù)器。

4.2本地客戶端性能測試

啟動運(yùn)行上位機(jī)軟件后即進(jìn)入等待接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，每來一組數(shù)據(jù)則調(diào)用相應(yīng)事件接收數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存入本地?cái)?shù)據(jù)庫以便農(nóng)戶進(jìn)行查詢并通過因特網(wǎng)發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器端。測試部署環(huán)境閾值，本軟件響應(yīng)速度快速能夠滿足系統(tǒng)需求。

5結(jié)論

本文簡要的介紹了基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，構(gòu)建一套低成本、自組織、低功耗的大型溫室無線傳感器監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，避免傳統(tǒng)有線方式采集點(diǎn)布置困難，系統(tǒng)成本高、安裝維護(hù)難度大的缺點(diǎn)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)快速自組網(wǎng)以及對各種溫室環(huán)境因子的實(shí)時(shí)采集、傳輸、顯示。基于嵌入式數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫SQLServer開發(fā)的溫室現(xiàn)場管理系統(tǒng)可對各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理。

作者：楊杰文 單位：公安海警學(xué)院