關(guān)ZigBee之下的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)體系的完善

摘 要：通過(guò)對(duì)當(dāng)下的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)的分析，進(jìn)行環(huán)境檢測(cè)儀設(shè)備的更新，該設(shè)備目前面臨著巨大的改革，其能耗程度比較高，并且電源具備單一性，由于受到現(xiàn)實(shí)條件的影響，其網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍也是比較低的，很難做到現(xiàn)實(shí)工作的信息共享。這就需要進(jìn)行相關(guān)應(yīng)用模式的更新，以滿足現(xiàn)代的農(nóng)業(yè)環(huán)境的監(jiān)測(cè)的需要。通過(guò)對(duì)傳感器陣列技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能傳感器終端的有效設(shè)置，確保其各個(gè)型號(hào)的參數(shù)傳感器的協(xié)調(diào)應(yīng)用。通過(guò)對(duì)ZigBee網(wǎng)絡(luò)模式的應(yīng)用，可以解決現(xiàn)實(shí)生活環(huán)境監(jiān)測(cè)的諸多問(wèn)題，在該網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用過(guò)程中，也要確保其與3G網(wǎng)絡(luò)等的協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)的整體效益的提升。

關(guān)鍵詞：設(shè)施農(nóng)業(yè)；環(huán)境監(jiān)測(cè)；存在問(wèn)題：應(yīng)用：創(chuàng)新；物聯(lián)網(wǎng)

1 關(guān)于系統(tǒng)工作原理的分析

受到現(xiàn)代的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要，進(jìn)行精細(xì)化的設(shè)施體系的健全是非常必要的，這就需要針對(duì)農(nóng)業(yè)目前的應(yīng)用環(huán)境展開剖析，確保農(nóng)業(yè)環(huán)境的監(jiān)測(cè)模式的更新，這是當(dāng)代農(nóng)業(yè)研究的重難點(diǎn)。通過(guò)對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的控制，實(shí)現(xiàn)其現(xiàn)實(shí)各個(gè)應(yīng)用場(chǎng)合的優(yōu)化。為此，我們需要做好相關(guān)的儀器采集工作，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)環(huán)境的有效檢測(cè)，確保農(nóng)作物的生產(chǎn)信息的了解。在應(yīng)用過(guò)程中，要根據(jù)其儀表終端的采集參數(shù)模式，展開分析，避免其一定面積內(nèi)的終端節(jié)點(diǎn)的出現(xiàn)，從而避免由于其重復(fù)設(shè)置而導(dǎo)致的環(huán)境監(jiān)測(cè)問(wèn)題，確保農(nóng)作物的生產(chǎn)形態(tài)的深入剖析。目前來(lái)說(shuō)，受到現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)信息建設(shè)的限制，其是難以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)覆蓋的跨區(qū)域運(yùn)行的。特別是該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，由于需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)總線采集模式的應(yīng)用，在其布線環(huán)節(jié)上是比較困難的，并且其移動(dòng)速度也比較低。采用集群通信系統(tǒng)、GSM短消息、GPRS等移動(dòng)公網(wǎng)結(jié)合傳感器網(wǎng)絡(luò)，投入和維護(hù)的成本仍較高，不利于大規(guī)模推廣，基于ZigBee無(wú)線通信協(xié)議的傳感器網(wǎng)絡(luò)在克服上述不足方面有其獨(dú)到之處，特別適合應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域 .據(jù)此，本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以綜合采集與作物生長(zhǎng)密切相關(guān)的溫度、空氣濕度、光照強(qiáng)度、CO2濃度、土壤濕度、水環(huán)境pH值等6種環(huán)境參數(shù)，此外，還具有作物生長(zhǎng)形態(tài)拍照功能；針對(duì)多種應(yīng)用場(chǎng)合，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于蓄電池、市電和太陽(yáng)能FILO隊(duì)列的智能電源；系統(tǒng)將ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)、3G網(wǎng)絡(luò)融合，可在全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)施集約式的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)。

該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由以下幾個(gè)應(yīng)用部分組成，分別是協(xié)調(diào)器的網(wǎng)關(guān)環(huán)節(jié)、農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)、智能傳感終端設(shè)備的應(yīng)用，這是一個(gè)重要的應(yīng)用環(huán)節(jié)。通過(guò)對(duì)ZigBee無(wú)線傳感器設(shè)備的應(yīng)用，確保其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地建設(shè)的有效開展。當(dāng)然，這也需要進(jìn)行相關(guān)設(shè)備的配合協(xié)調(diào)，比如對(duì)協(xié)調(diào)器及其智能傳感終端的應(yīng)用，確保協(xié)調(diào)器的網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的優(yōu)化，受到其星型結(jié)構(gòu)的約束，需要進(jìn)行智能傳感終端設(shè)備的優(yōu)化，這就需要進(jìn)行RFD設(shè)備的應(yīng)用。協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)傳感器網(wǎng)絡(luò)組建、路由維護(hù)和數(shù)據(jù)匯集，負(fù)責(zé)ZigBee協(xié)議與TCP/IP協(xié)議、ZigBee協(xié)議與3G協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，并提供Ethernet和3G接口，是FFD設(shè)備.農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控中心由SQL數(shù)據(jù)庫(kù)和WEB服務(wù)器應(yīng)用程序組成，用戶可通過(guò)PC或智能手機(jī)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器遠(yuǎn)程查詢、下載相關(guān)設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地的環(huán)境監(jiān)測(cè)。

2 農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)體系的分析

在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中，要進(jìn)行協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)及其智能傳感終端的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)其多個(gè)模式的傳感器陣列模式的應(yīng)用。通過(guò)對(duì)上述模式的應(yīng)用，可以確保其系統(tǒng)的各個(gè)接口和微控制器設(shè)備的協(xié)調(diào)，確保其光照強(qiáng)度、空氣濕度、溫度等環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)其各個(gè)環(huán)境參數(shù)的有效采集。在微控制器平臺(tái)的選擇過(guò)程中，也要進(jìn)行C8051F350單片機(jī)的應(yīng)用，確保該環(huán)節(jié)的正常開展。EE模塊作為無(wú)線收發(fā)模塊，與微控制器平臺(tái)通過(guò)串口連接；設(shè)計(jì)優(yōu)先級(jí)為太陽(yáng)能、市電和可充電蓄電池的三級(jí)智能電源，太陽(yáng)能和市電可以根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合配置接入，并為蓄電池充電，蓄電池是最后一道電源保障，因此設(shè)計(jì)了蓄電池剩余電量監(jiān)測(cè)功能，以提示技術(shù)人員及時(shí)更換蓄電池。

在日常工作過(guò)程中，要進(jìn)行協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)硬件的優(yōu)化配置，確保其責(zé)ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)管理效益的提升，實(shí)現(xiàn)其因特網(wǎng)的有效接入。上述環(huán)節(jié)的開展，需要滿足相關(guān)的設(shè)備應(yīng)用條件，比如微控制器平臺(tái)的應(yīng)用、以太網(wǎng)模塊的應(yīng)用，再結(jié)合必要的3G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式，就可以滿足當(dāng)下的環(huán)境監(jiān)測(cè)的需要。以太網(wǎng)模塊選用DM9000，支持IEEE 802.3x全雙工流量控制，通過(guò)SPI總線與$3C2440相連；3G模塊選用華為公司的EC189無(wú)線上網(wǎng)卡，采用USB接口，下行速率3.1Mbit/s，上行1.8Mbit/s。

在智能傳感終端軟件系統(tǒng)的應(yīng)用過(guò)程中，通過(guò)對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，確保其系統(tǒng)初始化程序的正確運(yùn)行，在其系統(tǒng)運(yùn)作過(guò)程中，首要環(huán)節(jié)是程序代碼的執(zhí)行，通過(guò)對(duì)該設(shè)備的系統(tǒng)時(shí)鐘的初始化，進(jìn)行其各個(gè)模塊轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器等設(shè)備的協(xié)調(diào)。在第二層結(jié)構(gòu)中，要進(jìn)行攝像頭控制程序、模擬型傳感器控制程序的應(yīng)用。從而滿足現(xiàn)實(shí)工作的需要，促進(jìn)其農(nóng)業(yè)環(huán)境的監(jiān)測(cè)工作的正常開展。TDM節(jié)能切換方案可使智能傳感終端節(jié)能40%～50%，其原理為：按照傳感器的功耗和不同的功能特性，將傳感器陣列工作時(shí)間劃分成不等的時(shí)間單元，在不同的時(shí)間單元內(nèi)使能相應(yīng)傳感器，而其他傳感器處于休眠狀態(tài)，在傳感器陣列工作一輪后，進(jìn)入10s間歇期，然后開啟下一個(gè)循環(huán)，第3層是無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)程序，負(fù)責(zé)與協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)通信。

通過(guò)對(duì)協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)軟件的應(yīng)用，可以保證其LINUX操作系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)程序、應(yīng)用程序等的正常發(fā)展，實(shí)現(xiàn)其驅(qū)動(dòng)程序的綜合效益的提升，從而滿足當(dāng)下的工作需要。在應(yīng)用過(guò)程中，需要保證初始化硬件設(shè)備的應(yīng)用，進(jìn)行內(nèi)存空間映射模式的優(yōu)化，從而保證系統(tǒng)的有效操作，為此提供良好的運(yùn)作環(huán)境。在LINUX應(yīng)用過(guò)程中，通過(guò)對(duì)其開源代碼的應(yīng)用，可以確保其操作的準(zhǔn)確性、科學(xué)性。在ZigBee收發(fā)環(huán)節(jié)應(yīng)用過(guò)程中，需要進(jìn)行以太網(wǎng)收發(fā)程序及其3G收發(fā)程序的協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)其協(xié)議轉(zhuǎn)換模式的應(yīng)用，這是下序工作的重要應(yīng)用前提。轉(zhuǎn)換程序采用多線程設(shè)計(jì)，包括基于ZigBee協(xié)議的串口收發(fā)線程和基于TCP/IP協(xié)議的TCP收發(fā)線程，當(dāng)協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)收到數(shù)據(jù)時(shí)，根據(jù)狀態(tài)字的變化觸發(fā)相應(yīng)線程，串口接收線程和 FCP發(fā)送線程構(gòu)成數(shù)據(jù)上行通道，TCP接收線程和串口發(fā)送線程構(gòu)成指令下行通道.當(dāng)串口接收線程收到數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)存人緩沖區(qū)，然后調(diào)用TCP發(fā)送線程，將傳感數(shù)據(jù)直接發(fā)送給農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控中心。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)ZigBee之下的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式的分析，更好的為當(dāng)代的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)做貢獻(xiàn)，實(shí)現(xiàn)其綜合運(yùn)作效益的提升。