基于物联网的智能农业大棚系统
李 雪，文 燕，邹承俊，李 敏
【摘 要】现代化信息技术的发展，为传统农业生产方式带来了新的变革。物联网技术和农业的结合是推进农业现代化进程的重要举措。文章以农业温室大棚为应用场景设计了基于物联网技术的智能农业系统，运用传感器采集数据和ZigBee自主多跳的无线组网技术来实现实时感知大棚内的环境参数和智能管理控制的功能，达到让农业生产更高效、智能的目的。 【期刊名称】时代农机 【年(卷),期】2019(000)001 【总页数】3
【关键词】物联网；智能农业；温室大棚；高效
基金项目：四川省教育厅项目“农业信息化与智慧农业”（17 TD0004）。 农业是我国的第一产业，是国民经济的基础，因此农业的发展牵动着我国的经济命脉。由于传统农业受自然环境的诸多因素影响，因此利用科技手段来改善农业对现代农业的发展具有重要的意义。将物联网技术和农业相结合，也是提高农业生产效率、加快推进农业信息化的必然选择。
随着计算机、通信等技术的提高，目前已有许多国家利用智能信息手段来促进农业的发展，比如通过各种信息技术手段监控农业里各种环境的参数。我国科技发展日新月异，在此基础上，以传感器技术、无线传感网和通信计算机技术为核心的物联网技术在农业方面的应用则可以极大地提高农业生产效率。传统的农业生产活动，农民需要凭经验来感受农作物是否缺水需要灌溉、是否需要施肥等。利用物联网技术可将这些数据自动采集且分析。
本文根据农业温室大棚来设计一个智能农业应用系统，可以采集空气的温湿度、土壤的温湿度、光照强度、二氧化碳浓度等数据。并通过无线传感网络将数据采集到中心节点后再传输到控制中心。控制中心可监控采集到的数据，并通过设置阈值来控制其它农业设施设备的运转状态。
1 整体设计
本文利用物联网技术设计了一种温室大棚智能农业控制系统。该系统可以实时采集棚内的空气温湿度、土壤温湿度、光照、二氧化碳浓度等参数，并且通过预先设定的阈值来控制农业设备的运转。比如通过温湿度的数据来控制喷灌系统，通过光照来控制风扇的转动等。采用基于ZigBee无线组网技术的智能应用系统。无线传感网络的终端节点连接着传感器和继电器。传感器用来感知外界环境采集数据。协调器用来创建ZigBee网络，为加入到网络的节点分配地址。终端节点将采集到的数据通过无线传感网发送到协调器，协调器作为连接上下层的关键节点，将底层传感器节点传过来的数据信息发送给上层。继电器、传感器和协调器都通过ZigBee无线网络技术进行互联，完成数据以及信息的传输与收发。在真实的温室大棚构建网络时，通信距离要增大，组网密度要提高，节点个数也要增加，通过引入路由节点来保证数据的可靠传输。路由节点发挥中继通信的作用，可以转发数据，起到路由的功能，保持网络畅通。由此无线传感网络可容纳更多节点，网络覆盖范围更广。因此在设计的时候，根据应用场景的大小选择合适的网络布局。
考虑到应用层是与客户进行交互、面向客户的移动应用终端,因此在设计上层的时候采用协调器通过网关将数据传到控制中心，然后控制中心再无线连接客户的移动终端。整个架构分为感知层、网络层和应用层，硬件设备架构如图1所
示。
2 模块设计
2.1 终端节点模块
终端节点一部分采用的是监控环境数据的传感器，有光照强度传感器、二氧化碳浓度传感器、空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器和烟雾气体传感器，用于实时监测温室大棚的环境数据；另一部分则是由继电器控制的农业设施。当监测到的空气温湿度数据大于控制中心设定的阈值时，就打开继电器节点的风扇设备。终端节点和协调器之间通过ZigBee无线传感网络连接。 2.2 ZigBee协调器
协调器是整个网络的核心节点。向下连接底层WSN的传感器设备及继电器设备，向上则连接控制中心或服务器。连接的方式可通过有线串口与上位机进行直连，也可以根据实际应用场景选用带有无线WIFI功能的ZigBee协调器，协调器通过网关与控制中心相连。 2.3 客户端
对于应用层来说，可采用PC端的控制中心，也可采用手机移动APP方式进行人机交互，进而实现远程监控的功能，并通过数据库查看数据。除此以外，编写控制程序进行相应的阈值设定，以实现自动控制继电器模块如风扇、灯光等的目的。
3 系统测验
将本文所设计的智能农业大棚系统在室内进行测验。用协调器和PC机通过串口线直连。启动PC端的上位机，可以看到上面分别显示了土壤温湿度、空气温湿度、二氧化碳浓度、光照强度的实时数据，以及是否存在烟雾和为土壤温
基于物联网的智能农业大棚系统
