周漢達(dá)　李曉良　陳生慶　李樂欣　熊一帆　余培森　陳宇輝

摘 要：傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)浪費(fèi)了大量的人力物力，且存在著“看天吃飯”的現(xiàn)象，這種弊端導(dǎo)致傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)收成不好。針對(duì)這種情況，文中設(shè)計(jì)基于ZigBee的無線傳感網(wǎng)技術(shù)，聯(lián)合物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)和微信小程序，設(shè)計(jì)了一款價(jià)格低廉、低功耗且全自動(dòng)組網(wǎng)，可遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查看環(huán)境參數(shù)的智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：無線傳感網(wǎng);農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng);WiFi;物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái);微信小程序;ZigBee

中圖分類號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1302（2020）04-00-03

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)已經(jīng)越發(fā)智能化，智慧農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高級(jí)階段，是集新興的互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[1-2]為一體，依托部署在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的各種傳感器（環(huán)境溫濕度、土壤濕度、二氧化碳等）和無線通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的智能感知、智能預(yù)警、智能決策、智能分析，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供精準(zhǔn)化種植、可視化管理、智能化決策。

科技發(fā)展帶來了生產(chǎn)和消費(fèi)更集中、更大規(guī)模、更社會(huì)化和更高的生產(chǎn)效率，同時(shí)也意味著城市生活對(duì)資源的更大需求，對(duì)安全的更高要求。農(nóng)業(yè)是人們食物的根本來源，但近幾十年由于需求量的暴增，人們?yōu)E用資源，不妥當(dāng)?shù)霓r(nóng)業(yè)管理方式，導(dǎo)致目前農(nóng)業(yè)發(fā)展陷入了資源短缺、環(huán)境污染、生產(chǎn)成本高、食品安全難以保障的死循環(huán)。

將我國的農(nóng)業(yè)推向智慧農(nóng)業(yè)迫在眉睫，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)將結(jié)合計(jì)算機(jī)控制技術(shù)以及滴灌技術(shù)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工種植，底層采用傳感器代替人的感官，在提高了環(huán)境監(jiān)測準(zhǔn)確率的同時(shí)減少了人力，降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)率。

智能農(nóng)業(yè)大棚也是響應(yīng)國家大力發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的政策，智慧農(nóng)業(yè)的建設(shè)和發(fā)展受到國家的高度重視。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)采用無人化、信息化、科技化生產(chǎn)，與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大棚相比，具有高品質(zhì)、高質(zhì)量、高效率的優(yōu)勢。

因此，本文基于先進(jìn)的ZigBee技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種全天候無人堅(jiān)守，可遠(yuǎn)程查看大棚環(huán)境情況的大棚系統(tǒng)，推進(jìn)農(nóng)業(yè)走向智能化、無人化的高質(zhì)量、高生產(chǎn)發(fā)展。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)分為4個(gè)子系統(tǒng)：檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、終端系統(tǒng)。

（1）檢測系統(tǒng)：檢測系統(tǒng)通過CC2530搭載多種傳感器模塊，對(duì)大棚內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行檢測，再利用ZigBee無線技術(shù)將傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)。傳感器模塊包括空氣溫濕度檢測模塊、土壤濕度檢測模塊、光強(qiáng)檢測模塊、雨滴檢測模塊。CC2530是TI公司專門用于ZigBee組網(wǎng)的硬件模塊，CC2530 結(jié)合了領(lǐng)先的 RF 收發(fā)器的優(yōu)良性能和業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型 8051 CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存、8 KB RAM和許多其他強(qiáng)大的功能，可以外接處理多種傳感器模塊。

（2）控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)通過CC2530搭載繼電器模塊，根據(jù)網(wǎng)關(guān)的指令，對(duì)大棚的環(huán)境進(jìn)行控制。傳感器模塊包括卷簾電機(jī)控制模塊、降溫升溫控制模塊、加濕器模塊、水泵控制模塊。

（3）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)就是網(wǎng)關(guān)，采用了Cortex-M4系列的強(qiáng)大處理器，搭載ZigBee協(xié)調(diào)器和ESP8266 WiFi模塊收發(fā)數(shù)據(jù)。ARMCortex-M4處理器是由ARM專門開發(fā)的最新嵌入式處理器，旨在滿足專門面向電動(dòng)機(jī)控制、汽車、電源管理、嵌入式音頻和工業(yè)自動(dòng)化市場的新興類別的靈活解決方案。

（4）終端系統(tǒng)：是一個(gè)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)可操控的智能化終端系統(tǒng)，采用微信小程序?qū)⒋笈锏膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)直觀展現(xiàn)出來，并且可以遠(yuǎn)程操控大棚的控制系統(tǒng)。

微信小程序，簡稱小程序，英文名為Mini Program，是一種不需要下載安裝即可使用的應(yīng)用，它實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用“觸手可及”的夢想，用戶掃一掃或搜一下即可打開應(yīng)用。系統(tǒng)的總體框架如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

2.1 網(wǎng)關(guān)模塊

網(wǎng)關(guān)模塊包括STM32F407ZGT6單片機(jī)、WiFi模塊、ZigBee協(xié)調(diào)器等。網(wǎng)關(guān)模塊由獨(dú)立供電模塊供電，可在室內(nèi)長期使用。網(wǎng)關(guān)模塊的硬件設(shè)計(jì)如圖2所示。

2.2 檢測模塊

檢測模塊包括51單片機(jī)、RF天線、傳感器等。檢測模塊由獨(dú)立供電模塊供電，可在室內(nèi)外長期使用。檢測模塊的硬件設(shè)計(jì)如圖3所示。

2.3 控制模塊

控制模塊包括51單片機(jī)、RF天線、電機(jī)等。控制模塊由獨(dú)立供電模塊進(jìn)行供電，可在室內(nèi)外長期使用?？刂颇K的硬件設(shè)計(jì)如圖4所示。

3 系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)見表1所列，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)見表2所列，數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)設(shè)計(jì)見表3所列，終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)表見表4所列，系統(tǒng)關(guān)系如圖5所示。

4 結(jié) 語

本文基于無線傳感技術(shù)開發(fā)了農(nóng)業(yè)大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)采集和信息傳輸，實(shí)時(shí)監(jiān)控終端設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，有效地對(duì)資源進(jìn)行管理和統(tǒng)計(jì)分析。通過ZigBee終端對(duì)系統(tǒng)中的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，可以實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場的信息。通過嵌入式硬件設(shè)備、WiFi和小程序軟件的聯(lián)合測試實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有低功耗、信息傳輸穩(wěn)定、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)農(nóng)業(yè)大棚信息化建設(shè)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

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作者簡介：周漢達(dá)（1983—），男，廣東梅州人，碩士，講師，研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)。