基于ZigBee的智慧農(nóng)業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡的設計

蘇世明

摘要：基于ZigBee無線組網(wǎng)技術，光伏技術、定向天線技術和無線電能傳輸（Wireless Power Transmission，WPT）等電子通信技術，實現(xiàn)在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)對溫度、溫度、光照等重要環(huán)境因素的監(jiān)測和調(diào)控，實現(xiàn)了作物生長環(huán)境的自動化監(jiān)測。通過無線電能傳輸結合光伏供電保證了整個系統(tǒng)利用綠色能源運行。

關鍵詞：智慧農(nóng)業(yè)；無線電能傳輸；傳感器網(wǎng)絡；ZigBee

隨著信息技術和智能化生產(chǎn)技術的發(fā)展，自動化電子設備在生產(chǎn)生活中得到了越來越多應用，[1]很多國家已經(jīng)將智能化應用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，我國農(nóng)業(yè)的主要生產(chǎn)方式還是傳統(tǒng)的耕作方式，隨之帶來的水土流失和大量使用化肥所帶來的環(huán)境污染等問題日益突出，需要一種可持續(xù)的發(fā)展方式取而代之，智慧農(nóng)業(yè)是一個不錯的選擇。

1 應用背景

應用背景設定為面積為500m2的非露天的農(nóng)業(yè)大棚。大棚長寬分別為50m和10m。系統(tǒng)負責大棚內(nèi)的光照、溫度和空氣濕度。根據(jù)適合農(nóng)作物的生長環(huán)境，在下表中給出這三項測量范圍。[2]

鑒于大棚內(nèi)的環(huán)境正常情況下不會突變，將數(shù)據(jù)采樣間隔定為30分鐘，每次數(shù)據(jù)采集處理后，傳感器網(wǎng)絡中各個終端節(jié)點進入低功耗模式，以降低能量的消耗。根據(jù)上表中設定各個測量值的范圍，每次得到的數(shù)據(jù)，與各個測量值預設的范圍進行比較，若超出參數(shù)的極限值，將發(fā)出相應的警告。

2 方案總體設計和要點

整個系統(tǒng)由ZigBee傳感器網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)處理、能量供應3個部分構成。[3]傳感器網(wǎng)絡包括了測量環(huán)境變量的傳感器和負責將數(shù)據(jù)發(fā)回控制中心的射頻模塊；數(shù)據(jù)處理部分由射頻模塊和數(shù)據(jù)處理器構成；能量供應部分主要由太陽能電池板、蓄電池和WPT模塊構成，分別負責大棚內(nèi)各個模塊的供電。系統(tǒng)結構如圖1所示。

3 實驗結果

根據(jù)實際條件，對設計做了驗證性實驗。協(xié)調(diào)器作為通信主機將收到數(shù)據(jù)統(tǒng)一通過UART將收到的數(shù)據(jù)發(fā)送至核心控制器，核心控制器對數(shù)據(jù)進行拆分、顯示和處理。如圖2所示，核心控制器通過OLED顯示的一個傳感器節(jié)點所測得的各個數(shù)據(jù)。

4 結論

本文對基于ZigBee的智慧農(nóng)業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡的組成和實現(xiàn)進行了分析，根據(jù)實際條件，對設證實了方案的可行性，達到了預期的設計期望。

參考文獻：

[1]楊大蓉.中國智慧農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展策略[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學，2014，42（04）：12.

[2]林凱強，劉德彬，黃晨暉，易金聰.基于Android和ZigBee的蔬菜大棚環(huán)境因子采集系統(tǒng)設計[J].福建電腦，2017，33（06）：2526+28.

[3]黃穎，張偉.基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術，2017，7（04）：3334.