2.6 ZigBee农业预警系统开发与实现[19页]

物联网智慧农业架构及关键技术

第一节 物联网智慧农业的架构

根据信息生成、传输、处理、应用的原则，可以把物联网智慧农业分成感知层、传输层、处理层和应用层，如下图。

物联网智慧农业架构示意图

1.感知层

这是让物品对话的先决条件，即以传感器、RFID（射频识别）、GPS（全球定位系统）、RS（遥感）、条码技术，采集物理世界中发生的物理事件和数据，包括各类物理量身份标识、情境信息、音频、视频等数据，实现“物”的识别。

2.传输层

具有完成大范围的信息传输与广泛的互联功能，即借助于现有的广域网技术（如SMDS网络、3G/4G、LTE移动通信网、Internet等）与感知层的传感网技术相融合，把感知到的农业生产信息无障碍、快速、高安全、高可靠地传送到所需的各个地方，使物品在全球范围内实现远距离、大范围的通信。

3.处理层

通过云计算、数据挖掘、知识本体、模式识别、预测，预警、决策等智能信息处理平台，最终实现信息技术与行业的深度融合，完成物品信息的汇总、协同、共享、互通、分析、预测、决策等功能。

4.应用层

应用层是农业物联网体系结构的最高层，是面向终端用户的，可以根据用户需求搭建不同的操作平台。农业物联网的应用主要实现大田种植、设施园艺、畜禽养殖、水产养殖以及农产品流通过程等环节信息的实时获取和数据共享，从而保证产前正确规划以提高资源利用效率，产中精细管理以提高生产效率，产后高效流通实现安全溯源等多个方面，促进农业的高产、优质、高效、生态、安全。

第二节 物联网智慧农业的关键技术

一、农业信息感知技术

农业信息感知技术是指利用农业传感器、RF1D、条码、GPS等在任何时间与任何地点对农业领域物体进行信息采集和获取。

1.农业传感器技术

农业传感器技术是农业物联网的核心，农业传感器主要用于采集各个农业要素信息，包括种植业中的光、温、水、肥、气等参数；畜禽养殖业中的二氧化碳、氨气、二氧化硫等有害气体含量，空气中尘埃、飞沫及温、湿度等环境指标或参数；水产养殖业中的溶解氧、酸碱度、氨氮、电导率、浊度等参数，如左图。

文章编号：1009－2552（2012）10－0019－04中图分类号：TP212．9；TN929．5文献标识码：A

基于ZigBee无线传感网络监测系统的实现

杨俊，阮超，陈睿瑶，付红桥

（武汉科技大学冶金自动化与检测技术教育部工程研究中心，武汉430081）

摘要：为实现环境的智能化实时监测，提出基于ZigBee的无线传感网络技术的环境监测方法。

利用ZigBee的低成本、大规模自组织网络、监测节点能长时间生存等优点以满足智能化实时监

测的需求。文中实现了整个无线传感网络的系统软硬件架构以及环境监测数据的采集、发送、

处理。实验结果表明该系统性能稳定，实时性好，能较好满足实际监测需求。

关键词：环境监测；ZigBee；无线传感网络

RealizationofWSNmonitoringsystembasedonZigBee

YANGJun，RUANChao，CHENRui-yao，FUHong-qiao

（EngineeringResearchCenterofMetallurgicalAutomationandMeasurementTechnology，Ministryof

Education，WuhanUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430081，China）

Abstract：Inordertorealizetheintelligentreal-timemonitoringofenvironment，anenvironment

monitoringmethodbasedonZigBeeandwirelesssensornetworks（WSN）technologyispresented．Using

variousadvantagesofZigBee，suchaslowpowerusage，large-scaleself-organizingnetworkandlong-term

《农业网络信息》２０１ｏ年第６期研究与开发　基于ＺｉｇＢｅｅ的精准农业模式研究　李岩，张智勇，贾宇琛　（河北农业大学信息科学与技术学院，保定０７１００１）　摘要：针对传统农业的局限性，探讨了传统农业生产模式转变为以信息网络为中心的精准农业的生产模式，阐述了　ＺｉｇＢｅｅ技术在精准农业中的应用，对系统的硬件进行了设计，并给出了软件流程。运用该系统可有效地降低成本，提高　农作物产量。　关键词：无线传感器网络；Ｚｉｇ，Ｂｅｅ；精准农业　中图分类号：ＴＰ８７２　文献标识码：Ａ　文章编码：１６７２—６２５１（２０１０）０６－０００８—０３　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＺｉｇＢｅｅ　Ｌ１　Ｙａｎ，ＺＨＡＮＧ　Ｚｈｉｙｏｎｇ，ＪＩＡ　Ｙｕｃｈｅｎ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｔ￣Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｈｅｂｅｉ，Ｂａｏｄｉｎｇ　０７１００１）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，ｈｏｗ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ　ｆｏｃｕｓｅｄ　ｏｎ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｉｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＺｉｇＢｅｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｃｃｕｒａｔｅ　ａｇｒｉｅｕｈｕｒｅ．ａｎｄ　ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｆｌｏｗｓ　ａｒｅ　ａｌｓｏ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｂｙ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ，ｃｏｓｔｓ　ｅａｎ　ｂｅ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ａｎｄ　ｃｒｏｐ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｃａｎ　ｂｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｓｅｎｓｏｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ；ＺｉｇＢｅｅ；ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ　１　引言　精准农业（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ）是以信息为基　础，利用传感器及现代先进的监测技术，完整、准　确、及时地了解土地和作物的详细数据。结合精确时　空统计分析，及时迅速地做出决策的一种农业管理系　统。其中农业生产信息的采集过程是该系统非常重要　的环节。利用ＺｉｇＢｅｅ无线传感器网络，可将传统农业　模式转变为以信息网络为中心的精准农业模式，使农　田的耕种实现自动化、网络化和智能化Ｉｔ－３１。　２　ＺｉｇＢｅｅ技术　ＺｉｇＢｅｅ网络标准由ＩＥＥＥ８０２．１５．４规定．完整的协　议由高层应用规范、应用汇聚层、网络层、数据链路　层和物理层组成，网络层以上的协议由ＺｉｇＢｅｅ联盟负　责制订［４１。　ＺｉｇＢｅｅ网络传输速率为２０—２５０　ｋｂｉｔ／ｓ，可充分满　足农业信息采集的需要，工作频段灵活，为免执照频　段（免使用费）的２．４ＧＨｚ无线通信。在同一监控区域　内可同时设置２００多个ＺｉｇＢｅｅ网络，每个网络节点间　的距离可从标准的７５ｍ扩展至上千米。一个ＺｉｇＢｅｅ　收稿日期：２０１０－０２—２６　作者简介：李岩（１９８０－），男，本科，助教，研究方向：电子应用技术。　网络节点可支持３１个传感器和受控设备。每个传感　器和受控设备支持８种不同的接口方式，可实现数字　量和模拟量数据的采集与传输．使得大面积、立体空　间的农业信息采集成为可能。　ＺｉｇＢｅｅ网络可采用三种拓扑结构，如图ｌ所示。　应用时可以根据实际需求选择相应结构，每个ＺｉｇＢｅｅ　网络至少需要一个ＦＦＤ（Ｆｕｌ１　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅ）作为　Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｏｒ实现网络建立和协调功能。为了降低成本。　系统中的大部分节点为ＲＦＤ　ｆＲｅｄｕｃｅｄ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ　Ｄｅ．　ｖｉｃｅ１。　Ｓｔ　ｒ　Ｔｒｃ￣　亭时ｌ　图１　ＺｉｇＢｅｅ的星型、树型和网状型拓扑结构　ＺｉｇＢｅｅ网状网络拓扑结构的网络可通过“多级　跳”的方式来实现通信，该拓扑结构还可组成极为复　杂的网络，同时具备自组织和自愈的能力。适用于环　境复杂或自然条件恶劣的情况下农业信息的采集。　一８

基于物联网的智慧果园监测系统设计与实现

一、引言

随着物联网技术的进步和应用，智慧农业作为一种创新的农业进步模式，正逐渐受到关注。智慧果园监测系统作为智慧农业的一个重要组成部分，通过物联网技术实现果园环境和果树生长状态的监测和控制，具有节约劳动力、提高果园管理效率的优势。本文将介绍基于物联网的智慧果园监测系统的设计与实现。

二、系统设计

1. 系统架构设计

智慧果园监测系统的架构包括传感节点、网络通信设备、云平台和用户终端。传感节点负责采集果园的环境参数和果树的生长状态信息，并通过网络通信设备将数据发送到云平台。用户可以通过云平台查看和控制果园的监测信息。

2. 传感节点设计

传感节点由传感器、处理器和通信模块组成。传感器用于测量果园的温度、湿度、光照等环境参数，以及果树的土壤湿度、叶片温度等生长状态信息。处理器负责对传感器采集的数据进行处理和分析，并将处理结果发送到通信模块。通信模块使用无线通信技术将数据发送给云平台。

3. 网络通信设备设计

网络通信设备使用无线通信技术实现传感节点和云平台之间的数据传输。可以使用蜂窝网络或者无线局域网等通信方式。网络通信设备负责接收传感节点发送的数据，并通过互联网将数据传输到云平台。 4. 云平台设计

云平台是智慧果园监测系统的核心部分，负责接收和存储传感节点发送的数据，并提供数据查询和控制接口供用户使用。云平台使用分布式存储和大数据分析技术，可以对果园的环境参数和果树的生长状态进行实时监测和分析，为果园管理提供决策支持。

5. 用户终端设计

用户终端可以是电脑、手机、平板等终端设备。用户可以通过云平台的网页或者手机应用程序查看果园的监测信息，并进行果树的遥程监控和控制。

三、系统实现

1. 传感节点实现

传感节点硬件可以使用单片机或者微控制器作为处理器，选择合适的传感器完成环境参数和生长状态信息的采集。通信模块可以选择GPRS、ZigBee等无线通信模块。软件方面，需要编写传感数据的处理和发送程序。