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【摘要】為了轉變現有的農業發展方式，利用各類相互協調工作的傳感器實時采集溫室的環境參數并通過無線通信方式傳輸到中央控制系統，實現自動監控，并由中央控制系統實現環境的自動、手動調節，建立農戶和農業專家之間的連接。從而方便人工遠程遙控調節，使環境達到最適宜的狀態，可以最大限度提高農業生產力，簡化操作。

【關鍵詞】物聯網；數據采集與傳輸；自動控制

1現有農業現狀及存在的問題

在當今中國社會中，農業一直是黨和國家十分重視的一個民生問題，我國作為一個農業大國，要想發展好農業，“三農問題”成為了一個必須要解決的矛盾節點。“三農問題”是指農業、農村、農民這三個問題。實際上，這是一個從事行業、居住地域和主體身份三位一體的問題，但三者側重點不一，必須一體化地考慮以上三個問題。“三農問題”是農業文明向工業文明過渡的必然產物。隨著當今電子信息技術的發展，新的技術以及人性化的農業系統能夠更好的幫助農民解決許多勞作過程中的實際問題，提升勞動的效率，有利于農業的發展，以及“三農“問題的解決。而現今物聯網技術在農業方面的應用已經相當成熟。結合具體的農業生產，我們考慮通過實現該生產模式中多個子農業系統的智能協調工作并配備上電腦端應用軟件，來提高生產效率，節省勞動力，簡化操作流程。

2關鍵技術

ZigBee通信協議：Zigbee是一種新興的短距離、低速率的無線網絡技術。主要用于近距離無線連接。它有自己的協議標準，在數千個微小的傳感器之間相互協調實現通信。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數據從一個傳感器傳到另一個傳感器，所以它們的通信效率非常高。Zigbee是一個由可多到65000個無線傳感器節點組成的一個無線傳感器網絡，十分類似現有的移動通信的CDMA網或GSM網。

3系統總體設計

3.1系統設計思路

針對系統控制的需求，考慮到系統內人員流動信號干擾等，綜合考慮溫室動態信息的采集處理與傳輸以及通信的可靠性，實現環境參數無死角、無盲采集和傳送，實現對控制對象的精確無誤的調節控制，并針對用戶群體設計一個易操作、簡單明了的應用服務端，故系統研制應遵循以下原則：①安全性；②易操作性和可維護性；③靈活性和擴展性；④精確性和實時性；⑤先進性。本系統由三個終端節點，一個網絡中心協調器，客戶端主機組成。

3.2無線傳感器節點硬件設計

ZigBee終端節點是智能化系統硬件的基本單元，需要具備環境因子采集、數據處理、無線通信等功能。農業上的具體應用下，此次設計的無線終端節點硬件設計重點考慮了低成本、低功耗、穩定、可靠等因素。三個終端節點分別安置在溫室大棚、畜舍、沼氣池子系統內，用于定時啟動傳感器采集環境因子并將采集到的數據發動至網絡中心協調器，網絡中心協調器收集到三個終端節點采集的數據之后通過串口將三組數據逐一發送至協調器，三個ZigBee終端節點與協調器之間遵從ZigeBee協議進行數據的傳輸；而協調器通過有線串口通信方式將數據打包發送至客戶端主機。

3.3本地客戶端設計

客戶端主機作為監控的中心，將協調器節點接收到的數據通過有線串口發送到本地主機并將數據存儲到本地主機的后臺數據庫中和客戶端上顯示；通過上位機軟件設置打開畜舍和溫室之間通風口的閾值。連接遠程服務器，將獲取的數據通過Http協議發送至服務器，通過定時發送Http請求獲取服務器端的命令。

3.4系統特點

溫室控制從環境因素控制可分為：單因子控制和多因子綜合控制。單因子控制就是在控制過程中只對某一因素進行控制調節，不考慮其他因素的影響，這種控制技術比較簡單，可操作性比較好，但是存在控制過程動態波動較大，控制邏輯沖突等問題，多因子綜合控制是相對于單因子控制而言的，這種控制系統在考慮某一環境要素變化時還要考慮其他因素的變化情況，自動的做出相應的改變和調整，能最大限度的優化環境組合條件，是控制系統的發展方向。而在本系統內即采用，多因子綜合控制：不僅考慮了CO2濃度同時還附加考慮了光照強度和溫度等因素來調節系統到最佳狀態。

4系統性能測試

4.1無線傳感網絡性能測試

系統上電后，中心節點的ZigBee模塊作為協調器建立網絡，采集節點的ZigBee模塊作為終端節點搜索并加入網絡；網絡建立后，中心節點啟動一個定時器，輪流向各個采集節點發送指令，采集節點接收到指令后利用攜帶的傳感器采集數據并發送給中心節點，其余時刻采集節點處于休眠狀態。中心節點收到所有采集節點發送的數據后，將這些數據通過有線串口發送至本地服務器。

4.2本地客戶端性能測試

啟動運行上位機軟件后即進入等待接收數據狀態，每來一組數據則調用相應事件接收數據，將數據存入本地數據庫以便農戶進行查詢并通過因特網發送到遠程服務器端。測試部署環境閾值，本軟件響應速度快速能夠滿足系統需求。

5結論

本文簡要的介紹了基于ZigBee無線傳感器網絡的溫室環境監控系統，構建一套低成本、自組織、低功耗的大型溫室無線傳感器監控網絡，避免傳統有線方式采集點布置困難，系統成本高、安裝維護難度大的缺點。該系統能夠實現傳感器節點快速自組網以及對各種溫室環境因子的實時采集、傳輸、顯示。基于嵌入式數據數據庫SQLServer開發的溫室現場管理系統可對各個傳感器節點采集到的數據進行有效管理。

作者：楊杰文 單位：公安海警學院