淺析基于移動互聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

徐貴鳳 王士璽 卜燦燦

【摘 要】隨著我國農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，智能農(nóng)業(yè)的概念提出，農(nóng)業(yè)大棚中智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用是智能農(nóng)業(yè)的重要體現(xiàn)。在我國移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展進步的背景下，農(nóng)業(yè)的自動化以及智能化水平也得到有效提升。隨著以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的農(nóng)業(yè)大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)逐漸被推廣、應(yīng)用，我國智能農(nóng)業(yè)得到了快速的發(fā)展。論文主要對基于移動互聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計進行了探究[1]。

【Abstract】With the continuous development of agriculture in China， the concept of intelligent agriculture has been put forward. The application of intelligent monitoring system in agricultural greenhouse is an important embodiment of intelligent agriculture. Under the background of the continuous development and progress of mobile internet technology in China， agricultural automation and intelligent level have also been effectively promoted. With the promotion and application of intelligent monitoring system of agricultural greenhouse based on internet， intelligent agriculture in China has been developing rapidly. This paper mainly discusses the design of intelligent monitoring system for agricultural greenhouse based on mobile internet[1].

【關(guān)鍵詞】移動互聯(lián)網(wǎng)；農(nóng)業(yè)大棚；智能監(jiān)控系統(tǒng)；設(shè)計

【Keywords】mobile internet； agricultural greenhouse； intelligent monitoring system； design

【中圖分類號】TP315 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）03-0133-02

1 引言

眾所周知，我國是農(nóng)業(yè)大國，所以農(nóng)業(yè)的發(fā)展直接影響著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展。近年來，我國農(nóng)業(yè)取得了較大的進展，農(nóng)業(yè)大棚技術(shù)是保障我國農(nóng)業(yè)健康、持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)技術(shù)，受到社會各界的廣泛關(guān)注，而智能監(jiān)控技術(shù)作為農(nóng)業(yè)大棚中不可或缺的技術(shù)，也受到了人們的重點關(guān)注。智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)r(nóng)業(yè)大棚內(nèi)的環(huán)境進行有效監(jiān)測和調(diào)控，使得農(nóng)業(yè)工作人員能及時了解農(nóng)作物的生長情況，其應(yīng)用對于農(nóng)業(yè)發(fā)展有重要意義[2]。

2 移動互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)概述

移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用其實就是指在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，運用移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)或設(shè)備對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息進行采集和監(jiān)控，進而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的合理規(guī)劃，減少農(nóng)業(yè)工作人員的工作量，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化水平。在早些時期，農(nóng)業(yè)大棚監(jiān)控系統(tǒng)主要應(yīng)用的是有線布線方式，但是這種方法存在較多的缺點，例如初期的安裝以及后期設(shè)備的升級比較困難，并且在農(nóng)業(yè)大棚種植范圍不斷擴大的情況下，監(jiān)控系統(tǒng)的布線及升級也變得越來越復(fù)雜。而在農(nóng)業(yè)大棚監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能很好地解決有線布線方式的問題。這種技術(shù)的無線傳輸能夠克服有線傳輸布線復(fù)雜的困難，并且可以通過網(wǎng)絡(luò)利用計算機、手機等設(shè)備對農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)農(nóng)作物的生長情況、生長環(huán)境等進行監(jiān)控。

現(xiàn)階段，移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的ZigBee技術(shù)和GPRS技術(shù)在農(nóng)業(yè)大棚監(jiān)控系統(tǒng)中有比較廣泛的應(yīng)用。由于ZigBee無線技術(shù)具有可靠性高、傳輸距離短、耗能低等多個優(yōu)點，所以其在數(shù)據(jù)采集工作中具有較大的優(yōu)勢。與此同時，ZigBee無線技術(shù)的自組網(wǎng)特性使其可以較好地實現(xiàn)傳感設(shè)備數(shù)據(jù)的無線傳輸。以GSM為基礎(chǔ)的GPRS（通用分組無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)），該技術(shù)也有傳輸速度快、覆蓋范圍較廣、通信質(zhì)量較高以及隨時在線等多項優(yōu)點。GPRS技術(shù)支持TCP/IP協(xié)議，能夠和因特網(wǎng)直接進行連接。所以，在農(nóng)業(yè)大棚監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用ZigBee及GPRS兩項技術(shù)，能使ZigBee網(wǎng)絡(luò)短距離通信與GPRS網(wǎng)絡(luò)遠距離通信的優(yōu)勢互補，有利于農(nóng)業(yè)大棚智能化的發(fā)展。

3 農(nóng)業(yè)大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)需求分析

3.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集需求

數(shù)據(jù)釆集就是對農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)的相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)進行收集，其需要滿足下面幾點要求：第一，由于農(nóng)業(yè)大棚通常占地面積比較大，小范圍的數(shù)據(jù)采集無法有效體現(xiàn)出大棚內(nèi)整體的狀態(tài)，因此，相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集范圍需要涵蓋整個大棚內(nèi)所有的關(guān)鍵性區(qū)域，這樣才能夠體現(xiàn)出大棚整體的運行狀態(tài)；第二，由于大棚內(nèi)環(huán)境的相關(guān)數(shù)據(jù)會受到各種外界因素的干擾，可能會隨時發(fā)生改變，所以，進行數(shù)據(jù)采集時需要具有較高的采集頻率，這個時間間隔應(yīng)該能夠調(diào)節(jié)，最好是控制在10～30s；第三，在農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)，影響農(nóng)作物生長環(huán)境因素主要包括溫度、濕度、光照度、二氧化碳濃度以及土壤含水率，這些環(huán)境因素直接影響農(nóng)作物的生長情況，所以進行數(shù)據(jù)采集時必須采集這些環(huán)境數(shù)據(jù)。

3.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲需求

數(shù)據(jù)存儲是農(nóng)業(yè)大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)必須具備的功能，其主要有下面幾點要求：第一，安全性較高。高安全性是數(shù)據(jù)存儲必須具備的特性，因為一旦存儲的數(shù)據(jù)出現(xiàn)丟失、損壞等情況，就可能對整個系統(tǒng)的正常運行造成較大的影響。因此，系統(tǒng)應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的實時備份和異地備份等功能。第二，容易管理。隨著農(nóng)業(yè)大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)的運行，數(shù)據(jù)會越來越多，數(shù)據(jù)存儲工作也會變得更加煩瑣，因此必須具有易管理的特性。第三，具有可擴展性。數(shù)據(jù)存儲必須具備可擴展性，可以在數(shù)據(jù)容量需求不斷提升的情況下，實現(xiàn)存儲空間的有效擴展。第四，要具有時效性。農(nóng)業(yè)工作人員可能在某一時間點調(diào)用系統(tǒng)中存儲的歷史數(shù)據(jù)，所以系統(tǒng)必須能夠存儲3年以內(nèi)的數(shù)據(jù)。

3.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理需求

數(shù)據(jù)管理，顧名思義就是對系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行管理，這些數(shù)據(jù)主要有用戶數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)以及環(huán)境數(shù)據(jù)等。這其中用戶數(shù)據(jù)及設(shè)備數(shù)據(jù)會依據(jù)智能監(jiān)控系統(tǒng)的變更而修改，這兩種數(shù)據(jù)的管理屬于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的管理。環(huán)境數(shù)據(jù)管理主要是對實時和歷史環(huán)境數(shù)據(jù)進行的管理。實時環(huán)境數(shù)據(jù)主要體現(xiàn)了大棚內(nèi)當下環(huán)境狀況，數(shù)據(jù)量比較小。而歷史環(huán)境數(shù)據(jù)主要體現(xiàn)了大棚內(nèi)之前的環(huán)境狀況，所以數(shù)據(jù)量會比較大。通常在系統(tǒng)中，實時環(huán)境數(shù)據(jù)被調(diào)用的次數(shù)遠遠大于歷史環(huán)境數(shù)據(jù)，因此，不論是存儲還是查詢，實時數(shù)據(jù)都應(yīng)該具有較高的優(yōu)先級。

4 農(nóng)業(yè)大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計

農(nóng)業(yè)大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)主要包括ZigBee無線傳感器監(jiān)控模塊、ZigBee+GPRS無線網(wǎng)關(guān)通信模塊以及監(jiān)控客戶端3個部分。系統(tǒng)的工作原理是：ZigBee無線傳感器監(jiān)控模塊利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)把采集到的農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)集中到ZigBee+GPRS無線網(wǎng)關(guān)通信模塊，該模塊再將處理之后的數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)鏈接到移動或聯(lián)通基站，基站再將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控客戶端上，最后監(jiān)控客戶端再對數(shù)據(jù)進行處理，支持用戶對農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)的實時環(huán)境數(shù)據(jù)進行直觀的觀測。

4.1 ZigBee無線傳感器監(jiān)控模塊設(shè)計

ZigBee無線傳感器監(jiān)控模塊（如圖1所示）需要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、設(shè)備控制以及電源管理4項功能。所以，ZigBee傳感器監(jiān)控模塊設(shè)計了以下4個模塊：監(jiān)測模塊主要功能是連接各種傳感器，采集大棚內(nèi)的相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)；CC2530模塊其實就是中央處理器模塊，它是整個系統(tǒng)的核心，其主要功能是對傳感器所采集的數(shù)據(jù)進行處理，并且實時地處理上級下發(fā)的一些控制命令；而控制模塊的主要功能是連接農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)的控制設(shè)備，控制設(shè)備進行灌溉、通風等工作；電源模塊的主要功能就是進行電源管理，為整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定、持續(xù)的電能。

4.2 ZigBee+GPRS無線網(wǎng)關(guān)通信模塊

在基于移動互聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)中，ZigBee+GPRS無線網(wǎng)關(guān)通信模塊有效地結(jié)合了ZigBee技術(shù)以及GPRS技術(shù)的優(yōu)點，使這兩種技術(shù)強強聯(lián)合、優(yōu)勢互補，進而有效促進農(nóng)業(yè)大棚監(jiān)控系統(tǒng)的智能化發(fā)展。這兩種技術(shù)的結(jié)合不僅能夠減少系統(tǒng)的整體成本，更重要的是使系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍得到擴大。在硬件結(jié)構(gòu)上整個Zigbee+GPRS無線網(wǎng)關(guān)通信模塊主要包括ZigBee協(xié)調(diào)器和GPRS無線模塊，這兩個模塊之間通過UART串口進行通信。

5 結(jié)語

總而言之，在農(nóng)業(yè)大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，有利于提升農(nóng)業(yè)大棚監(jiān)控系統(tǒng)的智能化水平，通過應(yīng)用高速的移動通信網(wǎng)絡(luò)，對農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)、生物生長情況進行實時監(jiān)控，與此同時還能實現(xiàn)對大棚內(nèi)設(shè)備的有效控制，進而確保農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)生產(chǎn)環(huán)境的穩(wěn)定性，使農(nóng)作物健康生長。

【參考文獻】

【1】曹新，董瑋，譚一酉. 基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的智能溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2012，38（2）：84-87.

【2】劉士敏，楊順. 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)村溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2013，13（8）：48-51.