基于ZigBee技術的智能農業大棚的研究

【摘要】智能農業控制通過實時采集農業大棚內溫度、濕度信號以及光照、土壤溫度、土壤水分等環境參數，自動開啟或者關閉指定設備;可以根據用戶需求，隨時進行處理。本文提出了利用ZigBee技術進行無線傳感的智能農業大棚設計，為農業生態信息自動監測、對設施進行自動控制和智能化管理提供科學依據。

【關鍵詞】ZigBee;智能;農業大棚;物聯網

一、概述

“物聯網”被稱為繼計算機、互聯網之后，世界信息產業的第三次浪潮。業內專家認為，物聯網一方面可以提高經濟效益，大大節約成本;另一方面可以為全球經濟的復蘇提供技術動力。

智能控制是為了達到節能、舒適、便利的目的，要求對市政、家庭、農業等的智能控制和監視制定細致的策略和方案。但是，傳統的智能控制系統由于很多因素的制約，很難達到要求。為了解決這些問題，業界嘗試了很多辦法，但基本上都屬于封閉式的，多采用私有協議，彼此間難以互通，導致結構不透明，靈活性、擴充性不佳。從長遠看，智能控制系統的發展趨勢是走向開放，尤其是智能控制與互聯網的融合是其中一個重要發展趨勢。

二、智能農業大棚的應用分析

通過對農業大棚內的溫濕度信號、光照度以及土壤的水分等參數的采集，能夠根據用戶設定的參數，自動開啟或關閉設備，來達到大棚內的參數平衡。這樣，可以實現農業生態信息的自動監測，對大棚內設施進行自動控制和智能化管理。

大棚監控及智能控制解決方案是通過光照、溫度、濕度等無線傳感器，對農作物溫室內的溫度，濕度信號以及光照、土壤溫度、土壤含水量、CO濃度等環境參數進行實時采集，自動開啟或者關閉指定設備（如遠程控制澆灌、開關卷簾等）。在每個智能農業大棚內部署空氣溫濕度傳感器2只，用來監測大棚內空氣溫度、空氣濕度參數;每個農業大棚內部署土壤溫度傳感器2只、土壤濕度傳感器2只、光照度傳感器2只，用來監測大棚內土壤溫度、土壤水分、光照度等參數。所有傳感器一律采用直流24V電源供電，大棚內僅需提供交流220V市電即可。""" 每個農業大棚園區部署1套采集傳輸設備（包含中心節點、無線3G路由器、無線3G網卡等），用來傳輸各農業大棚的傳感器數據、設備控制指令數據等到internet上與平臺服務器交互。""" 在每個需要智能控制功能的大棚內安裝智能控制設備1套（包含一體化控制器、擴展控制配電箱、電磁閥、電源轉換適配設備等），用來傳遞控制指令、響應控制執行設備。實現對大棚內的電動卷簾、智能噴水、智能通風等行為的實現。

三、系統架構研究

1、總體架構

系統的總體架構分為傳感信息采集、視頻監控、智能分析和遠程控制四部分。

2、傳感信息采集分析：

數據采集系統，主要負責溫室內部光照、溫度、濕度和土壤含水量以及視頻等數據的采集和控制。數據傳感器的上傳采用ZigBee無線傳感模式。" ""傳感器的數據上具有Zigbee模式和RS485模式兩種，RS485模式中數據信號通過有線的方式傳送，涉及大量的通訊布線。而在Zigbee傳輸模式中，傳感器數據通過Zigbee發送模塊傳送到Zigbee中心節點上，用戶終端和一體化控制器間傳送的控制指令也通過Zigbee發送模塊傳送到中心節點上，省去了通訊線纜的部署工作。中心節點再經過邊緣網關將傳感器數據、控制指令發送到上位機的業務平臺。用戶可以通過有線網絡/無線網絡訪問上位機系統業務平臺，實時監測大棚現場的傳感器參數，控制大棚現場的相關設備。Zigbee模式具有部署靈活、擴展方便等優點。所以，在這里我們采用的是Zigbee模式。

3、控制系統分析：

控制系統主要由一體化控制器、執行設備和相關線路組成，通過一體化控制器可以自由控制各種農業生產執行設備，包括噴水系統和空氣調節系統等，噴水系統可支持噴淋、滴灌等多種設備，空氣調節系統可支持卷簾、風機等設備。""" 采集傳輸部分主要將設備采集到的數值傳送到服務器上，現有大棚設備支持3G、有線等多種數據傳輸方式，在傳輸協議上支持IPv4現網協議及下一代互聯網IPv6協議。""" 業務平臺負責對用戶提供智能大棚的所有功能展示，主要功能包括環境數據監測、數據空間/時間分布、歷史數據、超閾值告警和遠程控制五個方面。用戶還可以根據需要添加視頻設備實現遠程視頻監控功能。數據空間/時間分布將系統采集到的數值通過直觀的形式向用戶展示時間分布狀況（折線圖）和空間分布狀況（場圖）、歷史數據可以向用戶提供歷史一段時間的數值展示;超閾值告警則允許用戶制定自定義的數據范圍，并將超出范圍的情況反映給用戶。

四、智能農業大棚主要功能

1、數據采集

能夠對智能農業大棚內的數據進行無線采集，可以采集內部的溫濕度、光照、以及土壤的水分等參數。

2、視頻監控

用戶能夠實時地通過電腦或手機進行監控，觀察大棚內作物生長狀況。

3、數據存儲

系統能夠對歷史數據進行保存，以便日后對這些數據進行分析，方便日后查詢。

4、數據分析

系統將采集到的數據進行曲線圖或柱狀圖分析，生成報表，根據分析后的數據，可以由此判斷出在什么條件下更適宜農作物的生長，為以后種植的提供依據。

5、遠程控制

只要能夠聯網，在任何時刻都可以對大棚內的設備進行遠程控制，以調節內部的參數。

6、超限報警

用戶可以自行設置超限值，當參數越過超限值時，可以通過監控器或手機進行實時報警，以便及時提醒用戶。

五、結束語

隨著物聯網的普及，智能農業大棚將會在以后扮演越來越重要的角色。對農業生產起著非常重要的作用，同時也會推動農業經濟的發展以及農業信息化的發展。

參考文獻：

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2012

58.9673

171.9818

48.6455

2013

61.1381

179.3953

51.3626

數據來源：國家統計局網站

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最后，希望在本文的幫助下，新手設計師可以在Solidworks 2013軟件平臺下逐漸進入角色，越來越順利。

參考文獻：

[1]黃成.Solidworks2010中文版完全自學一本通[M].北京：電子工業出版社，2011.