基于GPRS和ZiɡBee的農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉凱，馬晨，趙杰，韓團(tuán)軍

（陜西理工大學(xué)，陜西 漢中 723000）

智慧農(nóng)業(yè)是一個(gè)通過(guò)對(duì)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)進(jìn)行分析和調(diào)整的全自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)平臺(tái)。借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)不同的農(nóng)作物進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)分析、精準(zhǔn)操作，通過(guò)多種傳感器對(duì)環(huán)境的各類參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，用戶可以在電腦端對(duì)各個(gè)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制，使其達(dá)到農(nóng)作物生產(chǎn)環(huán)境的要求農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境更加優(yōu)良。本文提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)自動(dòng)化管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境的溫濕度、光照等參數(shù)的實(shí)施監(jiān)測(cè)，同時(shí)具有自動(dòng)灌溉和調(diào)溫功能，可以為農(nóng)業(yè)自動(dòng)化管理提供技術(shù)依據(jù)。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)選用STM32單片機(jī)系統(tǒng)作為主控核心，利用Z iɡB ee進(jìn)行組網(wǎng)。STM32控制傳感器對(duì)各個(gè)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，STM32通過(guò)串口將數(shù)據(jù)發(fā)送給Z iɡB ee模塊1，Z iɡB ee模塊1將數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)無(wú)線傳輸給Z iɡB ee模塊2，Z iɡB ee模塊2再通過(guò)串口將數(shù)據(jù)發(fā)送給主控芯片，主控芯片將數(shù)據(jù)發(fā)送給GPRS模塊，最后，GPRS模塊將數(shù)據(jù)打包發(fā)送至電腦上位機(jī)軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。整個(gè)農(nóng)業(yè)管理理系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)硬件框圖

1.1 電源電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)對(duì)傳感器和主控芯片分別設(shè)計(jì)5V電壓和3.3V電壓電路。使用AMS1117穩(wěn)壓芯片設(shè)計(jì)5V穩(wěn)壓電路，得到穩(wěn)定的5V電壓可為無(wú)線通信傳感器進(jìn)行供電，設(shè)計(jì)是通過(guò)穩(wěn)壓芯片將5V電壓轉(zhuǎn)化為3.3V為其余傳感器供電，得到了穩(wěn)定的3.3V電壓。系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)圖如圖2所示：

圖2 系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)圖

1.2 主控電路的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)采用STM32控制器，該處理器是用途非常廣泛的ARM內(nèi)核，集成了非常豐富的接口，通信模塊以及其他功能模塊。處理器電路圖設(shè)計(jì)如圖3所示：

考慮我國(guó)居民消費(fèi)中耐用品消費(fèi)份額不斷上升的現(xiàn)實(shí)，本文構(gòu)建了一個(gè)包含耐用品部門與非耐用品部門的多部門動(dòng)態(tài)新凱恩斯主義模型，并在這一模型框架內(nèi)，考察了擴(kuò)張性貨幣政策的動(dòng)態(tài)效應(yīng)。研究結(jié)果顯示，擴(kuò)張性貨幣政策引起耐用品部門名義工資、耐用品部門通脹以及耐用品消費(fèi)更大幅度地上升。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了以穩(wěn)定增長(zhǎng)為目標(biāo)的政策下貨幣政策盯住目標(biāo)選擇的問(wèn)題。研究結(jié)果表明，如果耐用品的壽命足夠長(zhǎng)，無(wú)論是基于緩和產(chǎn)出波動(dòng)的角度，還是基于降低政策引致的社會(huì)福利損失的角度，貨幣政策盯住目標(biāo)均應(yīng)選擇耐用品部門通脹。

圖3 處理器電路圖設(shè)計(jì)

1.3 無(wú)線傳輸模塊電路設(shè)計(jì)

無(wú)線傳輸模塊由Z iɡB ee通信模塊和GPRS數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸模塊組成，Z iɡB ee通信模塊主要以CC2530芯片為核心，負(fù)責(zé)經(jīng)過(guò)STM32處理的各傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)和信息的收發(fā)，CC2530芯片是TI公司生產(chǎn)的一種包含一顆小巧高效的8051控制器和一個(gè)高性能2.4GHz DSSS射頻收發(fā)器核心的芯片，它能夠以非常低的總的材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。Z iɡB ee模塊的電路設(shè)計(jì)圖如圖4所示：

圖4 Z iɡB ee模塊的電路設(shè)計(jì)圖

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分為終端檢測(cè)節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)、報(bào)警裝置軟件設(shè)計(jì)、Z iɡB ee通信模塊軟件設(shè)計(jì)、GPRS模塊軟件設(shè)計(jì)、上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)。

2.1 終端檢測(cè)節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)

終端檢測(cè)節(jié)點(diǎn)包括各個(gè)采集模塊傳感器的初始化程序、采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析以及通過(guò)Z iɡB ee無(wú)線傳送的通信子程序。系統(tǒng)首先上電復(fù)位執(zhí)行操作，然后執(zhí)行數(shù)據(jù)的采集，STM32將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理、校正計(jì)算，得到的實(shí)際的結(jié)果值通過(guò)STM32單片機(jī)串口控制的Z iɡB ee模塊將此數(shù)據(jù)傳送至協(xié)調(diào)器匯總節(jié)點(diǎn)。程序流程圖如圖5所示。

圖5 終端數(shù)據(jù)采集發(fā)送軟件流程圖

2.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用Visual Studio 2010開(kāi)發(fā)平臺(tái)對(duì)系統(tǒng)的上位機(jī)軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)，該平臺(tái)操作方便，通過(guò)對(duì)控件和庫(kù)的調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)控制數(shù)據(jù)系統(tǒng)采用界面。服務(wù)器和上位機(jī)是通過(guò)TCP協(xié)議通信。用戶可以根據(jù)自己的檢測(cè)數(shù)據(jù)和要求進(jìn)行定義端口。整個(gè)上位機(jī)軟件系統(tǒng)由2個(gè)主要部分組成：軟件參數(shù)設(shè)置模塊和檢測(cè)數(shù)據(jù)接收及顯示模塊。上位機(jī)開(kāi)發(fā)軟件功能圖如圖6所示：

圖6 上位機(jī)開(kāi)發(fā)軟件功能圖

3 系統(tǒng)測(cè)試及分析

系統(tǒng)對(duì)不同時(shí)間不同地點(diǎn)四個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)試，測(cè)試了不同環(huán)境下對(duì)空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，將空氣溫度和土壤溫度閾值設(shè)置為30℃，土壤水分閾值設(shè)置為50%，空氣濕度水分閾值設(shè)置為80%，光照強(qiáng)度閾值設(shè)置為300lx。測(cè)試結(jié)果顯示如表1所示：

表1 測(cè)試結(jié)果顯示

根據(jù)上表所示，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)任意一個(gè)參數(shù)測(cè)量值超過(guò)系統(tǒng)設(shè)置閾值時(shí)，報(bào)警電路便啟動(dòng)，報(bào)警模塊正常運(yùn)行，開(kāi)始報(bào)警。

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了基于Z iɡB ee和GPRS的農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)，設(shè)計(jì)模塊包括傳感器采集模塊，報(bào)警模塊，Z iɡB ee傳輸模塊，GPRS模塊。通過(guò)各類傳感器對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)的各種參數(shù)進(jìn)行測(cè)量并經(jīng)STM32微處理器處理后傳送給Z iɡB ee模塊，通過(guò)Z iɡB ee和STM32構(gòu)成的網(wǎng)關(guān)傳送給GPRS模塊，再通過(guò)GPRS模塊上傳至電腦上位機(jī)，可以在電腦上位機(jī)上面設(shè)置閾值，當(dāng)系統(tǒng)測(cè)量的任意一個(gè)值超過(guò)上位機(jī)軟件上面設(shè)定的最大值,則報(bào)警電路會(huì)立馬啟動(dòng)，開(kāi)始報(bào)警，提示管理員進(jìn)行后續(xù)操作。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行可靠，可以為農(nóng)業(yè)進(jìn)行推廣。