屠民偉　陳江明　韓幼華

摘要：本文旨在對農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境檢測的需求展開分析，從而設(shè)計現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)人工管理到智能管理的轉(zhuǎn)變。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)大棚;環(huán)境監(jiān)測;系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）02-0149-02

近年來，農(nóng)業(yè)大棚主要采用人工方式實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測，然而該環(huán)境監(jiān)測方法所采集的信息并不全面，極其容易對農(nóng)作物產(chǎn)量造成影響，更無法實現(xiàn)農(nóng)民增產(chǎn)增收的目的。為此，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚的環(huán)境監(jiān)測尤為重要，本文在基于ZigBee技術(shù)理論基礎(chǔ)上，結(jié)合實際需求將傳感器網(wǎng)絡(luò)化，提高了農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性與無線性。

1 ZigBee技術(shù)

作為全新的無線通信技術(shù)——ZigBee技術(shù)，可實現(xiàn)傳輸速率不高且短距離情況下的電子設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸，具有低反應(yīng)時間數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)以及周期性數(shù)據(jù)等特點。與GSM、CDMA類似，均屬于無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，ZigBee可通過模塊之間的相互通信，實現(xiàn)無限擴展。ZigBee的特點在于低功耗、低成本、網(wǎng)絡(luò)容量大以及自組織網(wǎng)絡(luò)等，其協(xié)議棧主要包括安全服務(wù)提供層、應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、介入接入控制層以及物理層。

2 系統(tǒng)需求分析

ZigBee單點可覆蓋75米左右，考慮到費用和設(shè)計復(fù)雜度的問題，在大棚中心位置設(shè)置協(xié)調(diào)器節(jié)點，大棚每個進出口位置設(shè)置路由器節(jié)點，大棚均勻布置兩個終端節(jié)點，并負責建立、管理網(wǎng)絡(luò)，將搜集到的環(huán)境參數(shù)上傳到上機位。路由器節(jié)點需要統(tǒng)籌整個大棚的環(huán)境參數(shù)，并上傳到協(xié)調(diào)器。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的實際需求，現(xiàn)對系統(tǒng)運行過程介紹如下：

（1）實施采集光照強度、土壤濕度以及空氣溫濕度等大棚環(huán)境信息，并上述按到協(xié)調(diào)器節(jié)點;（2）匯總轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)調(diào)器節(jié)點數(shù)據(jù);（3）于上機位實現(xiàn)人機交互，對終端客戶提供預(yù)警、查詢等功能。

3 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)的傳感器模塊設(shè)計主要包括空氣溫濕度傳感器、土壤濕度傳感器、光照強度傳感器，具體如圖1所示。本文應(yīng)用樹形網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，具有整體結(jié)構(gòu)明確、費用低、傳輸路徑位移、拓展便捷等優(yōu)勢[1]。

3.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

（1）傳感器模塊。傳感器模塊主要包括A/D轉(zhuǎn)換器、傳感器，由于傳感器模塊需要布置于大棚中，是對整個大棚的環(huán)境參數(shù)進行監(jiān)測，其選擇十分關(guān)鍵。由于大棚空氣流動性差、空間封閉，提供適宜的光照、土壤含水量以及空氣質(zhì)量，均可以影響作物的生長速度與品質(zhì)，為此，本文注重選擇光照強度、土壤濕度、空氣溫濕度三個參數(shù)作為傳感器模塊的數(shù)據(jù)采集因子。（2）處理器模塊。本系統(tǒng)的各個節(jié)點均要具備較快的運行速度及較高的集成度，故而選用CC2530F256，256KB閃存，作為ZigBee單芯片解決方案，具有高功低耗的優(yōu)點，而且由于CC2530單片機的資源較為強大，所以其單個芯片便可實現(xiàn)諸多功能，節(jié)省外部單片機，降低成本。本系統(tǒng)處理器模塊的特點在于支持ZigBee及其他基于IEEE802.15.4標準的解決方案、高靈敏度、一流阻電性能。（3）無線通信模塊。在無障礙物傳輸試驗中，CC2530的實際傳輸距離為200m，有障礙物傳輸試驗的傳輸距離則為60，考慮農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境的實際情況，本系統(tǒng)額外增加CC2591射頻芯片，提升傳輸距離，并提高數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性。（4）電源模塊。節(jié)電工作時，需要電源供給才能確保正常運轉(zhuǎn)，本系統(tǒng)供電不可停止，為此協(xié)調(diào)節(jié)點選用USB連接電源，實現(xiàn)直接供電，其他節(jié)點采用電池供電。（5）協(xié)調(diào)器節(jié)點。因為協(xié)調(diào)器節(jié)點需要與上機位形成組網(wǎng)和串口連接，所以不必進行數(shù)據(jù)采集，其主要硬件包括串口通信模塊、電源模塊、無線通信模塊以及處理器模塊。本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不大，且大棚內(nèi)環(huán)境的傳輸距離有限，所以對通信速度的要求并不高，故而選用RS232接口。（6）路由器節(jié)點。路由器節(jié)點既不用串口連接，也不用數(shù)據(jù)采集，僅僅實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)即可，為此，其基本機構(gòu)主要包括電源模塊、無線通信模塊以及處理器模塊。一般來說，也可在路由器節(jié)點中加入傳感器模塊，從而豐富了路由器節(jié)點功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集[2]。

3.3 上機位監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

上機位監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計具體如：（1）用戶登陸。主要用于用戶登錄環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的界面，要求用戶輸入正確用戶名、密碼后方可進入系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)的操作、查詢，否則無法登陸。（2）信息管理。主要對大棚、設(shè)備、用戶的信息進行綜合管理，其中，用戶信息管理負責儲存用戶信息，包括用戶ID及其權(quán)限等，設(shè)備信息管理負責更新關(guān)聯(lián)設(shè)備表，包括設(shè)備類型、編號等，大棚信息管理負責記錄、儲存大棚數(shù)據(jù)，包括大棚作物的成長周期、種植時間、大棚編號等。（3）數(shù)據(jù)庫管理。數(shù)據(jù)庫管理主要包括參數(shù)閾值、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)儲存以及實時數(shù)據(jù)管理的四個部分用于實現(xiàn)農(nóng)作物環(huán)境信息的查詢、顯示功能，并可輔助用戶根據(jù)專家?guī)煸O(shè)置環(huán)境參數(shù)范圍，從而實現(xiàn)調(diào)整閾值來控制環(huán)境因素的目的。（4）通信。選用RS232實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的上機位與協(xié)調(diào)器之間的通信。

4 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚的環(huán)境監(jiān)測是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的大勢所趨，通過對影響農(nóng)作物的環(huán)境因素進行監(jiān)測，實現(xiàn)作物高產(chǎn)，而環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)作為行之有效的信息技術(shù)有點，可幫助大棚管理人員第一時間得到不利于作物生長的預(yù)警，便于快速解決大棚問題，促使農(nóng)作物始終在適宜的環(huán)境下成長。

參考文獻

[1] 楊飛，謝濤，伍英，等.基于WIFI的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)溫室大棚環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[J].計算機測量與控制，2017（2）：50-53.

[2] 唐英姿，蔣峰.遠程無線高精度溫室大棚環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學，2017（15）：217-222.

Design of Environmental Monitoring System for Modern Agricultural Greenhouse

TU Min-wei1，CHEN Jiang-ming2， HAN You-hua3

（1.Hangzhou Zhanwang Technology Co.， Ltd.， Hangzhou Zhejiang? 310000;

2.Hangzhou Jiwang Communications Technology Co.， Ltd. ， Hangzhou Zhejiang? 310000;

3.Hangzhou Yihe Network Co.， Ltd.， Hangzhou Zhejiang? 310000）

Abstract：The purpose of this paper is to analyze the requirements of environmental monitoring in agricultural greenhouses， so as to design a modern environmental monitoring system for agricultural greenhouses， and realize the transformation from manual management to intelligent management.

Key words：agricultural greenhouse; environmental monitoring; system design