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【摘要】中國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的狀態(tài)依然以傳統(tǒng)的模式為主，生產(chǎn)效率低下，對農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的采集以及控制能力不足。然而隨著時(shí)代的進(jìn)步，智慧農(nóng)業(yè)即將成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的新潮流，其中基于ZigBee技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)在實(shí)時(shí)采集和遠(yuǎn)程控制方面擁有著重大的意義。為了實(shí)現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)，提出了使用Z-stack半開源協(xié)議棧進(jìn)行開發(fā)，實(shí)現(xiàn)溫度，濕度，光照等信息的采集傳輸。通過使用外部云端服務(wù)器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊功能。該系統(tǒng)充分利用了ZigBee網(wǎng)絡(luò)的傳輸穩(wěn)定，傳輸距離遠(yuǎn)的特性，解決農(nóng)業(yè)在數(shù)據(jù)采集上的難題，并結(jié)合ARM開發(fā)板的數(shù)據(jù)處理能力，能滿足智慧農(nóng)業(yè)的需求。

【關(guān)鍵詞】ZigBee；CC2530；ARM；智慧農(nóng)業(yè)

1研究背景

首先，我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)是國家的民生大事，我國在現(xiàn)代化發(fā)展過程中取得了舉世矚目的成就，解決了13億人口的溫飽問題。但是我們也不能忽略我們在發(fā)展中存在的問題，農(nóng)村中投身農(nóng)業(yè)的青年越來越少，依靠人工進(jìn)行運(yùn)作的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)在現(xiàn)代社會中難以繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下去，而機(jī)械化智能化農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是建立智能農(nóng)業(yè)的基石，智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的建立是以物聯(lián)網(wǎng)采集的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的，智能化需要大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的訓(xùn)練。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中，人們主要是通過人工測量來獲取農(nóng)田信息的，這需要消耗大量的人力物力，實(shí)時(shí)性差，工作效率低下。經(jīng)過一定發(fā)展后，監(jiān)控系統(tǒng)是使用的RS-485和CAN總線等方式機(jī)型布線，這種方式的缺點(diǎn)很明顯，布線復(fù)雜，靈活性低下采集效率不高。現(xiàn)代的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用的是無線傳輸技術(shù)，該技術(shù)極大的提高了采集的靈活程度，成為了現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基石。我們可以通過無線傳輸技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控采集農(nóng)業(yè)信息，并且信息可靠性強(qiáng)，有效節(jié)約人力物力，提高生產(chǎn)效率。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，ZigBee網(wǎng)絡(luò)是十分受歡迎的一種技術(shù)。ZigBee技術(shù)擁有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，例如成本低，功耗低，時(shí)延短，安全可靠，工作頻率靈活。這些特點(diǎn)令ZigBee技術(shù)能適應(yīng)復(fù)雜的農(nóng)業(yè)環(huán)境，在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域十分受歡迎。

2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1總體設(shè)計(jì)思路

該課題就是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能農(nóng)業(yè)中的作用，實(shí)現(xiàn)課題的思路：主要是由傳感器獲取農(nóng)業(yè)信息中溫度濕度，光照，以及人體信息，通過使用ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，通過串口在Arm上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集以及控制。該部分的設(shè)計(jì)可以使用三層設(shè)計(jì)模式進(jìn)行開發(fā)。感知層：是屬于物聯(lián)網(wǎng)識別物體采集信息的基本單元，它利用各種傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，例如溫濕度傳感器DHT11，氣體傳感器MQ-2，光敏傳感器，紅外線傳感器進(jìn)行農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的采集。網(wǎng)絡(luò)層：使用各種無線協(xié)議，串口協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊收集，將信息傳輸給應(yīng)用層。在該課題中我使用ZigBee作為網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，利用串口通訊對信息進(jìn)行傳輸給應(yīng)用層。應(yīng)用層：作用作為智能系統(tǒng)和用戶的接口，方便用戶了解控制農(nóng)業(yè)信息，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的應(yīng)用控制。

2.2總體設(shè)計(jì)方案

該課題以Cortex-A9芯片作為Arm開發(fā)的核心，利用CC2530芯片作為ZigBee網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建芯片，用各種傳感器獲取農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)使用ZigBee網(wǎng)絡(luò)集中所有的農(nóng)業(yè)信息，通過串口網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)Arm與ZigBee的通訊與控制。同時(shí)設(shè)置一個(gè)BOA服務(wù)器方便用戶隨時(shí)使用收集和電腦端進(jìn)行查看與控制。但是由于Arm上的服務(wù)器沒有公網(wǎng)地址，無法通過遠(yuǎn)程方式進(jìn)行控制，我們可以使用物聯(lián)網(wǎng)云平臺提供的接口進(jìn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程查看以及控制功能。根據(jù)以上內(nèi)容，本系統(tǒng)可以分為傳感信息采集模塊，控制模塊，協(xié)調(diào)器模塊，Arm監(jiān)控模塊，BOA服務(wù)器，云端服務(wù)器模塊這6大模塊。該課題的傳感信息采集模塊，控制模塊和協(xié)調(diào)器模塊都是關(guān)于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)模塊。Arm監(jiān)控器模塊：該模塊主要是再Arm開發(fā)板上進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，對ZigBee協(xié)調(diào)器下達(dá)控制命令，并提供接口對BOA服務(wù)器和云端服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互。BOA服務(wù)器：本模塊主要是提供接口給用戶使用瀏覽器進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問和控制，提供方便的模式。云端服務(wù)器：該部分我的課題使用的是樂聯(lián)網(wǎng)云平臺對外開放的接口，將傳感器收集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡脚_，也是用他提供的控制接口進(jìn)行反向控制。該模塊實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能。協(xié)調(diào)器模塊：ZigBee模塊中的中心模塊，該模塊使用串口網(wǎng)關(guān)和Arm監(jiān)控模塊進(jìn)行交互，Arm監(jiān)控器中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)監(jiān)控兩大功能都要通過該功能模塊進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。傳感信息采集模塊和控制模塊：這兩大模塊主要是屬于ZigBee網(wǎng)絡(luò)上的終端節(jié)點(diǎn)，分工明確，主管數(shù)據(jù)采集和控制兩大方向。采集模塊可以實(shí)時(shí)獲取溫度濕度，光照強(qiáng)度等信息，控制模塊可以調(diào)節(jié)光的亮度，溫度高低等等方面。是組成智慧農(nóng)業(yè)的基石。

3總結(jié)和展望

項(xiàng)目完成了，但是本人感覺該項(xiàng)目還有很多方面可以提升，例如在史密斯模糊PID算法進(jìn)行溫度控制算法，根據(jù)幾個(gè)基點(diǎn)值進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)測，并同時(shí)進(jìn)行溫度的調(diào)控，能降低溫度控制的延時(shí)。另外，智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的一些功能由于設(shè)備問題難以實(shí)現(xiàn)，比如溫度控制，本人沒有空調(diào)接口，所以并不能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。在未來本人希望能實(shí)現(xiàn)這些設(shè)想。理想中智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)可以根據(jù)農(nóng)作物地長勢預(yù)測農(nóng)作物地發(fā)展趨勢，能自動化進(jìn)行澆水，施肥，調(diào)節(jié)光照等功能，以之達(dá)到農(nóng)作物最佳的生長環(huán)境，以及智能地通過相關(guān)市場預(yù)測，提醒用戶合理化種植農(nóng)作物。本課題在未來社會發(fā)展中有著廣闊的前景，國家也投入了大量的人力物力在這個(gè)領(lǐng)域。智能化的農(nóng)業(yè)社會是目前社會的發(fā)展趨勢，是人們心中向往的社會，它能極大地提高社會生產(chǎn)力。

參考文獻(xiàn)：

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作者：萬晨威 單位：江西財(cái)經(jīng)大學(xué)