李琳娜 蔡長青 王麗平

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基于ZigBee技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究

李琳娜 蔡長青 王麗平

長春工程學(xué)院，吉林 長春 130000

ZigBee無線通信技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展中有很重要的作用，它的通信距離短、功耗低，適合對(duì)大面積的土地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸?？砂凑杖藗兊囊筮M(jìn)行對(duì)土地的改良，比如澆水、施肥、撣藥等等?？蓵r(shí)刻監(jiān)測(cè)土壤的溫濕度變化，并隨時(shí)調(diào)節(jié)。已經(jīng)在智慧農(nóng)業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。

物聯(lián)網(wǎng)；智慧農(nóng)業(yè)；ZigBee技術(shù)

1 智慧農(nóng)業(yè)的概念

我們可以把“智慧農(nóng)業(yè)”理解為：充分利用現(xiàn)在的信息技術(shù)，例如傳感器技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能控制技術(shù)，使得農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的生長過程變得更透明、更快捷、更高效、更智能，以使產(chǎn)出的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量更高、質(zhì)量更好、具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭力。從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，并充分有效的利用農(nóng)村資源實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用達(dá)到低碳、環(huán)保等目標(biāo)[1]。

2 智慧農(nóng)業(yè)涉及的技術(shù)應(yīng)用

智慧農(nóng)業(yè)中涉及的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可分為三個(gè)層面：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層的主要技術(shù)包括射頻識(shí)別技術(shù)、傳感器技術(shù)、 無線傳感網(wǎng)技術(shù)等。網(wǎng)絡(luò)層是通過各種有線、無線通信技術(shù)，把源端收集來的數(shù)據(jù)經(jīng)過中間節(jié)點(diǎn)傳送到各個(gè)目的地，從而為應(yīng)用層提供最基本、最準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)。應(yīng)用層著重如何正確、準(zhǔn)確地建立數(shù)學(xué)模型，并應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)處理等技術(shù)對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析[2]。

其中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是感知層和網(wǎng)絡(luò)的中間層，它的作用是向應(yīng)用層提供實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，來反映現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)狀況。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是傳感器網(wǎng)絡(luò)的革新一代產(chǎn)品，在智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展中起著非常重要的作用，其發(fā)展和應(yīng)用將會(huì)越來越深刻的影響和改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域。

3 ZigBee技術(shù)

表1 幾種無線通信技術(shù)對(duì)比

ZigBee是一種高可靠的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，是巧協(xié)議的代名詞，具有距離短、功耗低、使用方便、工作可靠、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。主要適合用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡而言之，ZigBee無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)由最多65535個(gè)無線數(shù)據(jù)模塊組成的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。見表1。

通過表1的對(duì)比可知，ZigBee技術(shù)具有自組織、低成本、低功耗、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)多等特點(diǎn)，可以充分地應(yīng)用在大面積農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中[3]。

4 無線網(wǎng)絡(luò)硬件電路設(shè)計(jì)總體方案

通過分布在各個(gè)區(qū)域內(nèi)的無線網(wǎng)絡(luò)傳感器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并進(jìn)行遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)傳送。信息平臺(tái)接收到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)并進(jìn)行匯總、分類、分析、計(jì)算等相應(yīng)處理。要想系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和記錄，那么系統(tǒng)需要有以下的功能：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)能被按時(shí)向信息平臺(tái)自動(dòng)發(fā)送。傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)置要有冗余，增加和減少節(jié)點(diǎn)要平緩，不能影響系統(tǒng)的正常工作。信息平臺(tái)層可以對(duì)傳感器的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定。遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)要具有長時(shí)間工作的能力，要有足夠的能源支持。

圖1 總體結(jié)構(gòu)圖

協(xié)調(diào)器是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主要控制部分，主要負(fù)責(zé)建立網(wǎng)絡(luò)，為設(shè)備分配網(wǎng)絡(luò)地址和管理網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中只能存在一個(gè)協(xié)調(diào)器，且只能由全功能設(shè)備（FFD）充當(dāng)協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器是ZigBee網(wǎng)絡(luò)的組成關(guān)鍵，能夠保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備之間的正常通信，因此需要較多的計(jì)算內(nèi)存和空間地扯，是ZigBee網(wǎng)絡(luò)中最主要的耗能設(shè)備。路由器主要起路由的作用，負(fù)責(zé)維護(hù)網(wǎng)絡(luò)路徑、搜索設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)傳輸。充當(dāng)路由器的設(shè)備也只能是FFD，ZigBee路由器受網(wǎng)絡(luò)中協(xié)調(diào)器的控制。雖然路由器相對(duì)于協(xié)調(diào)器功能減弱，不需要那么多的計(jì)算空間和內(nèi)存地址，但由于路由器要不斷地轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和信息，功耗相對(duì)較多，所以需要采用主電源供電[4]。

5 前景展望

物聯(lián)網(wǎng)業(yè)的飛速發(fā)展為加快實(shí)現(xiàn)我國智慧農(nóng)業(yè)提供了基本的技術(shù)保障，必將影響智慧農(nóng)業(yè)的未來發(fā)展。但是，在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中關(guān)鍵技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)體系等方面還存在著一些問題，要想解決這些問題就需要科研部門、企業(yè)、政府、及各個(gè)行業(yè)共同努力。在不久的將來，物聯(lián)網(wǎng)必將會(huì)給智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域帶來巨大的變化。

[1]施連敏，陳志峰，蓋之華.物聯(lián)網(wǎng)在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[J].農(nóng)機(jī)化研究，2013（6）：250-252

[2]和偉.基于技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].北京郵電大學(xué).2011

[3]周國民.淺談智慧農(nóng)業(yè)[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2009（10）：5-7.

[4]楊瑛，崔運(yùn)鵬.我國智慧農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)與未來發(fā)展[J].技術(shù)熱點(diǎn)，2015（6）：34-37.

Research on ZigBee Technology Intelligence Networking Technology Based on Agriculture

Li Linna Cai Changqing Wang Liping

Changchun Institute of Technology，Jilin Changchun 130000

ZigBee wireless communication technology has a very important role in the development of intelligent agriculture.Its communication distance is short，low power consumption and suitable for large area of land for data acquisition and transmission.Can be carried out in accordance with the requirements of the land improvement，such as watering，fertilizing and Shan medicine，etc..The temperature and humidity of the soil can be monitored at any time，and it can be adjusted at any time.Has been widely used and developed in the wisdom agriculture.

Internet of things；intelligent agriculture；ZigBee Technology

TN92；TP273

A

1009-6434(2016)07-0006-02

科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目：智慧農(nóng)業(yè)溫室蔬菜種植物聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)研究，項(xiàng)目編號(hào)：20150204041NY。