基于ZigBee技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究

李琳娜 蔡長青 王麗平

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基于ZigBee技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究

李琳娜 蔡長青 王麗平

長春工程學院，吉林 長春 130000

ZigBee無線通信技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展中有很重要的作用，它的通信距離短、功耗低，適合對大面積的土地進行數(shù)據(jù)采集和傳輸。可按照人們的要求進行對土地的改良，比如澆水、施肥、撣藥等等。可時刻監(jiān)測土壤的溫濕度變化，并隨時調(diào)節(jié)。已經(jīng)在智慧農(nóng)業(yè)中有著廣泛的應用和發(fā)展。

物聯(lián)網(wǎng)；智慧農(nóng)業(yè)；ZigBee技術(shù)

1 智慧農(nóng)業(yè)的概念

我們可以把“智慧農(nóng)業(yè)”理解為：充分利用現(xiàn)在的信息技術(shù)，例如傳感器技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能控制技術(shù)，使得農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的生長過程變得更透明、更快捷、更高效、更智能，以使產(chǎn)出的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量更高、質(zhì)量更好、具有較強的市場競爭力。從而達到實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，并充分有效的利用農(nóng)村資源實現(xiàn)循環(huán)利用達到低碳、環(huán)保等目標[1]。

2 智慧農(nóng)業(yè)涉及的技術(shù)應用

智慧農(nóng)業(yè)中涉及的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可分為三個層面：感知層、網(wǎng)絡層和應用層。感知層的主要技術(shù)包括射頻識別技術(shù)、傳感器技術(shù)、 無線傳感網(wǎng)技術(shù)等。網(wǎng)絡層是通過各種有線、無線通信技術(shù)，把源端收集來的數(shù)據(jù)經(jīng)過中間節(jié)點傳送到各個目的地，從而為應用層提供最基本、最準確的數(shù)據(jù)傳送服務。應用層著重如何正確、準確地建立數(shù)學模型，并應用數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)處理等技術(shù)對接收的數(shù)據(jù)進行計算分析[2]。

其中無線傳感器網(wǎng)絡是感知層和網(wǎng)絡的中間層，它的作用是向應用層提供實時采集數(shù)據(jù)，來反映現(xiàn)場的實時狀況。無線傳感器網(wǎng)絡是傳感器網(wǎng)絡的革新一代產(chǎn)品，在智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展中起著非常重要的作用，其發(fā)展和應用將會越來越深刻的影響和改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域。

3 ZigBee技術(shù)

表1 幾種無線通信技術(shù)對比

ZigBee是一種高可靠的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡，是巧協(xié)議的代名詞，具有距離短、功耗低、使用方便、工作可靠、價格低廉等特點。主要適合用于工業(yè)現(xiàn)場自動控制數(shù)據(jù)傳輸和遠程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設備。簡而言之，ZigBee無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡，是一個由最多65535個無線數(shù)據(jù)模塊組成的網(wǎng)絡平臺。見表1。

通過表1的對比可知，ZigBee技術(shù)具有自組織、低成本、低功耗、網(wǎng)絡節(jié)點多等特點，可以充分地應用在大面積農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)當中[3]。

4 無線網(wǎng)絡硬件電路設計總體方案

通過分布在各個區(qū)域內(nèi)的無線網(wǎng)絡傳感器對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行實時采集，并進行遠程的數(shù)據(jù)傳送。信息平臺接收到遠程數(shù)據(jù)并進行匯總、分類、分析、計算等相應處理。要想系統(tǒng)自動進行數(shù)據(jù)的采集和記錄，那么系統(tǒng)需要有以下的功能：實時數(shù)據(jù)能被按時向信息平臺自動發(fā)送。傳感器節(jié)點的設置要有冗余，增加和減少節(jié)點要平緩，不能影響系統(tǒng)的正常工作。信息平臺層可以對傳感器的網(wǎng)絡節(jié)點進行參數(shù)的設定。遠程網(wǎng)絡節(jié)點要具有長時間工作的能力，要有足夠的能源支持。

圖1 總體結(jié)構(gòu)圖

協(xié)調(diào)器是整個網(wǎng)絡的主要控制部分，主要負責建立網(wǎng)絡，為設備分配網(wǎng)絡地址和管理網(wǎng)絡。一個網(wǎng)絡中只能存在一個協(xié)調(diào)器，且只能由全功能設備（FFD）充當協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器是ZigBee網(wǎng)絡的組成關(guān)鍵，能夠保證整個網(wǎng)絡中設備之間的正常通信，因此需要較多的計算內(nèi)存和空間地扯，是ZigBee網(wǎng)絡中最主要的耗能設備。路由器主要起路由的作用，負責維護網(wǎng)絡路徑、搜索設備加入網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)傳輸。充當路由器的設備也只能是FFD，ZigBee路由器受網(wǎng)絡中協(xié)調(diào)器的控制。雖然路由器相對于協(xié)調(diào)器功能減弱，不需要那么多的計算空間和內(nèi)存地址，但由于路由器要不斷地轉(zhuǎn)發(fā)實時數(shù)據(jù)和信息，功耗相對較多，所以需要采用主電源供電[4]。

5 前景展望

物聯(lián)網(wǎng)業(yè)的飛速發(fā)展為加快實現(xiàn)我國智慧農(nóng)業(yè)提供了基本的技術(shù)保障，必將影響智慧農(nóng)業(yè)的未來發(fā)展。但是，在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中關(guān)鍵技術(shù)和標準體系等方面還存在著一些問題，要想解決這些問題就需要科研部門、企業(yè)、政府、及各個行業(yè)共同努力。在不久的將來，物聯(lián)網(wǎng)必將會給智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域帶來巨大的變化。

[1]施連敏，陳志峰，蓋之華.物聯(lián)網(wǎng)在智慧農(nóng)業(yè)中的應用[J].農(nóng)機化研究，2013（6）：250-252

[2]和偉.基于技術(shù)的無線網(wǎng)絡的研究與實現(xiàn)[D].北京郵電大學.2011

[3]周國民.淺談智慧農(nóng)業(yè)[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡信息，2009（10）：5-7.

[4]楊瑛，崔運鵬.我國智慧農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)與未來發(fā)展[J].技術(shù)熱點，2015（6）：34-37.

Research on ZigBee Technology Intelligence Networking Technology Based on Agriculture

Li Linna Cai Changqing Wang Liping

Changchun Institute of Technology，Jilin Changchun 130000

ZigBee wireless communication technology has a very important role in the development of intelligent agriculture.Its communication distance is short，low power consumption and suitable for large area of land for data acquisition and transmission.Can be carried out in accordance with the requirements of the land improvement，such as watering，fertilizing and Shan medicine，etc..The temperature and humidity of the soil can be monitored at any time，and it can be adjusted at any time.Has been widely used and developed in the wisdom agriculture.

Internet of things；intelligent agriculture；ZigBee Technology

TN92；TP273

A

1009-6434(2016)07-0006-02

科技攻關(guān)計劃項目：智慧農(nóng)業(yè)溫室蔬菜種植物聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)研究，項目編號：20150204041NY。