肖瑩

摘要：本系統(tǒng)運(yùn)用傳感器設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)，對(duì)大棚內(nèi)部溫濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度等環(huán)境因素進(jìn)行檢測(cè)，通過ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并通過MSP430F1611為核心的無線網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)綑z測(cè)中心，再把數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后發(fā)送到客戶端使農(nóng)民能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)棚內(nèi)情況，同時(shí)可以遠(yuǎn)程自動(dòng)控制大棚的澆灌器、通風(fēng)天窗這樣等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)大棚的智能控制。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；溫室大棚；智能農(nóng)業(yè)

1概述

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是在計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信之后的又一次信息革命，被國(guó)家正式列為重點(diǎn)發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。在溫室生產(chǎn)中，要實(shí)時(shí)掌握和調(diào)整濕度、溫度、光照強(qiáng)度，二氧化碳濃度，土壤含水量和有機(jī)質(zhì)含量等溫室環(huán)境參數(shù)，確保作物有一個(gè)良好和適宜的成長(zhǎng)環(huán)境。傳統(tǒng)溫室生產(chǎn)需要大量的人力物力，給生產(chǎn)帶來很多不便，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起，為智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展帶來了新的動(dòng)力。物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)運(yùn)而生。它可以通過實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的對(duì)農(nóng)作物的種植環(huán)境進(jìn)行信息采集而達(dá)到快速、多尺度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并能智能實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物的灌溉、施肥與溫濕度控制的自動(dòng)控制。

2大棚控制系統(tǒng)的主要功能

智能大棚就是利用物聯(lián)網(wǎng)建立溫室來自動(dòng)或遠(yuǎn)程控制蔬菜的生長(zhǎng)環(huán)境，使蔬菜得到最佳的生長(zhǎng)環(huán)境，提高產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)蔬菜全年合理種植。通過農(nóng)作物所需生長(zhǎng)環(huán)境和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，智能大棚具有以下功能：

1）數(shù)據(jù)采集。按照農(nóng)作物種類和生長(zhǎng)特點(diǎn)的不同，在各個(gè)點(diǎn)部署溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器、光照傳感器、水流傳感器、土壤濕度傳感器等設(shè)備，對(duì)大棚內(nèi)的環(huán)境信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。采集到的信息通過無線射頻裝置發(fā)送到嵌入式物聯(lián)網(wǎng)關(guān)，再由物聯(lián)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理后上傳到服務(wù)器上。

2）設(shè)施控制。信息系統(tǒng)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，與服務(wù)器預(yù)先設(shè)定好的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，根據(jù)設(shè)定好的各個(gè)參數(shù)再由物聯(lián)網(wǎng)關(guān)發(fā)出開關(guān)設(shè)備控制指令，然后控制指令經(jīng)由網(wǎng)關(guān)和無線網(wǎng)絡(luò)反饋到控制設(shè)備節(jié)點(diǎn)，對(duì)風(fēng)機(jī)、閥門、噴灌、溫度、遮陽(yáng)等設(shè)備進(jìn)行調(diào)控，實(shí)現(xiàn)大棚內(nèi)部環(huán)境的智能調(diào)控。

3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)總體硬件設(shè)備包括傳感器、傳感器節(jié)點(diǎn)、控制系統(tǒng)、控制節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

3.1節(jié)點(diǎn)組成

節(jié)點(diǎn)根據(jù)功能可以分為兩個(gè)類型：傳感器節(jié)點(diǎn)和控制節(jié)點(diǎn)。傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的傳輸，控制節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)接收控制命令來對(duì)大棚的設(shè)備進(jìn)行控制。傳感器節(jié)點(diǎn)是整個(gè)系統(tǒng)中的最底層，包括溫度傳感器節(jié)點(diǎn)、濕度傳感器節(jié)點(diǎn)、二氧化碳傳感器節(jié)點(diǎn)、光照傳感器節(jié)點(diǎn)、土壤水分傳感器節(jié)點(diǎn)和水流傳感器節(jié)點(diǎn)等對(duì)大棚內(nèi)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)。這些信息采集節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)由ZigBee無線傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)，最終與其他部分進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。傳感器節(jié)點(diǎn)硬件框架設(shè)計(jì)圖如圖2所示：

傳感器芯片采用支持ZigBee的CC2430芯片，這款芯片高度整合了ZigBee射頻前端、內(nèi)存和微控制器，用來進(jìn)行數(shù)據(jù)的無線收發(fā)功能?？刂乒?jié)點(diǎn)用來接收網(wǎng)關(guān)傳送過來的指令，通過相應(yīng)的繼電器對(duì)外部電器設(shè)備進(jìn)行間接控制。由于ZigBee的組網(wǎng)方式，采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，把所有傳感器節(jié)點(diǎn)連接在中央設(shè)備上，再由中央設(shè)備傳輸給實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)棚內(nèi)情況的監(jiān)測(cè)終端。

3.2網(wǎng)關(guān)組成

網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)收集每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)并將其打包發(fā)送到指定的服務(wù)平臺(tái)。同時(shí)，對(duì)服務(wù)平臺(tái)的指令進(jìn)行分析并傳送給相應(yīng)的控制節(jié)點(diǎn)，對(duì)相應(yīng)的大棚設(shè)備進(jìn)行控制。網(wǎng)關(guān)在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)初始化后對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行掃描后建立最優(yōu)信道網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)良好的情況下根據(jù)不同的模式進(jìn)行工作。因?yàn)榫W(wǎng)關(guān)需要快速處理能力和穩(wěn)定的通信網(wǎng)絡(luò)，所以網(wǎng)關(guān)MCU選用低功耗的MSP430F1611，MSP430F1611與CC2430無線模塊之間通過SPI接口進(jìn)行通信從而達(dá)到數(shù)據(jù)的雙向通信。其結(jié)構(gòu)圖如圖3所示：

4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序從結(jié)構(gòu)上可以分為三部分：傳感器節(jié)點(diǎn)程序、設(shè)備節(jié)點(diǎn)程序、客戶端程序。傳感器節(jié)點(diǎn)程序包括對(duì)節(jié)點(diǎn)的描述，節(jié)點(diǎn)的綁定和數(shù)據(jù)傳輸；設(shè)備節(jié)點(diǎn)程序包括對(duì)節(jié)點(diǎn)的描述，節(jié)點(diǎn)的綁定，數(shù)據(jù)接收、串口通信；客戶端程序是人機(jī)互動(dòng)界面程序。系統(tǒng)的工作流程是先啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備按下開關(guān)按鍵后設(shè)備作為協(xié)調(diào)器進(jìn)行工作，按兩次開關(guān)按鍵設(shè)備將處于允許綁定的狀態(tài)，之后開啟傳感器設(shè)備，設(shè)置按下按鍵后設(shè)備作為終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行工作并處于請(qǐng)求綁定狀態(tài)。

5結(jié)束語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)溫室大棚技術(shù)的應(yīng)用可以解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一系列科技問題，這將成為實(shí)現(xiàn)我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型的推動(dòng)力，促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)的高效、優(yōu)質(zhì)發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)溫室大棚的應(yīng)用將會(huì)改變我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本高、效率低的現(xiàn)狀，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)走向規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化、智能化，對(duì)推動(dòng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程有著重要意義。endprint