孔曉紅+宋長(zhǎng)源+王亞君

摘要：提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)作物環(huán)境參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)，包括傳感節(jié)點(diǎn)的選擇及設(shè)計(jì)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的組成、監(jiān)控系統(tǒng)功能模塊的實(shí)現(xiàn)等。該系統(tǒng)易于擴(kuò)展，具有較強(qiáng)的實(shí)用性和通用性。同時(shí)，可以方便地接入Internet網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品信息的共享和遠(yuǎn)程控制，大大地提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息化程度和自動(dòng)化水平，滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)控制要求。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò);CC2530

中圖分類號(hào)：TP277 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ?文章編號(hào)：0439-8114（2014）20-4983-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.20.058

Monitoring System of Crop Growth Based on Internet of Things

KONG Xiao-hong1， SONG Chang-yuan1， WANG Ya-jun2

（1.Henan Institute of Science and Technology， Xinxiang ?453003， Henan， China; 2.Xinxiang University ，Xinxiang ?453003， Henan， China）

Abstract： A system of monitoring environmental parameters of crop based on Internet of things was proposed. It included the selection and design of the sensor nodes， the framework of a wireless network and the realization of function modules of monitoring systems. The system was easy to expanded， with strong practicality and generality. It easily accessed the internet to share products information and remote control. It greatly improved the information degree and automation level of agricultural production， and met the controlling requirements of modern agriculture.

Key words： Internet of things; wireless sensor network; CC2530

與發(fā)達(dá)國(guó)家比較，我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化水平低，生產(chǎn)方式相對(duì)落后，導(dǎo)致自然資源和人力資源極大地浪費(fèi)。目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)引起國(guó)家的高度重視，國(guó)家在“十二五”發(fā)展綱要中提出“農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化”規(guī)劃，發(fā)展“智能農(nóng)業(yè)”，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息化水平。物聯(lián)網(wǎng)（Internet of things，IOT）是利用傳感技術(shù)、射頻技術(shù)（RFID）、信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)等，對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行信息采集、處理和傳輸，實(shí)現(xiàn)物體“智能化”，從而達(dá)到對(duì)個(gè)體進(jìn)行信息跟蹤、定位、監(jiān)控和管理的目的，是現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的延伸。物聯(lián)網(wǎng)上的物與物之間或與環(huán)境之間進(jìn)行信息交換和通信，具有了“人工智能”，通過(guò)環(huán)境信息的反饋與處理，不需要人的干預(yù)，能夠自適應(yīng)的調(diào)整自身狀態(tài)。該技術(shù)已經(jīng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中逐步得到推廣應(yīng)用[1-4]。

農(nóng)作物監(jiān)控涉及到生長(zhǎng)的整個(gè)過(guò)程，本研究結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)信息傳感設(shè)備和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲取物理世界的信息，結(jié)合無(wú)線和有線網(wǎng)絡(luò)等完成信息的傳送與共享，采用數(shù)據(jù)處理技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行提取和加工，對(duì)物質(zhì)世界實(shí)現(xiàn)完全感知，提高資源利用率和生產(chǎn)力水平，改善人與自然的關(guān)系[1，2]。

1 ?農(nóng)作物監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)感知設(shè)備實(shí)時(shí)采集農(nóng)作物生產(chǎn)過(guò)程中的狀態(tài)信息，將信息進(jìn)行處理并傳輸給生產(chǎn)者，提供合理的生產(chǎn)建議和預(yù)警信息，用以調(diào)節(jié)農(nóng)作物的生產(chǎn)環(huán)境并對(duì)潛在災(zāi)情采取應(yīng)對(duì)措施。

1.1 ?監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)原理

針對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)監(jiān)控特點(diǎn)，監(jiān)控系統(tǒng)采用感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層的3層體系架構(gòu)如圖1所示[1]。感知層用于采集農(nóng)作物生長(zhǎng)信息，通過(guò)在農(nóng)業(yè)種植現(xiàn)場(chǎng)部署各種各樣的傳感器、RFID裝置、攝像頭設(shè)備等，實(shí)時(shí)獲取農(nóng)作物的生長(zhǎng)參數(shù)、環(huán)境參數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施的使用情況;網(wǎng)絡(luò)層主要是對(duì)感知層采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理和傳遞;應(yīng)用層通過(guò)人機(jī)交互接口，將信息網(wǎng)絡(luò)層獲得的數(shù)據(jù)以直觀的形式提交給最終用戶，同時(shí)用戶根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)做出判斷并將相應(yīng)的操作反饋到現(xiàn)場(chǎng)。

基于該架構(gòu)在被控現(xiàn)場(chǎng)建立一套集視頻、信息采集、數(shù)據(jù)分析處理為一體的測(cè)量平臺(tái)，搭建一個(gè)集本地?zé)o線覆蓋和廣域網(wǎng)接入的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng);網(wǎng)絡(luò)層基于網(wǎng)絡(luò)資源和實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度理論，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)環(huán)境中自適應(yīng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，完成信息傳遞和共享，建立物聯(lián)網(wǎng)信息空間和物理空間的關(guān)聯(lián)模型。

1.2 ?監(jiān)控系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

結(jié)合農(nóng)作物生產(chǎn)過(guò)程特點(diǎn)，各層次功能模塊如圖2所示。感知層由傳感節(jié)點(diǎn)、射頻裝置、EPC編碼技術(shù)和視頻攝像等功能模塊組成，主要檢測(cè)農(nóng)作物生長(zhǎng)信息如發(fā)芽期、成熟期和環(huán)境參數(shù)如溫度、光照度、土壤含水率等。網(wǎng)絡(luò)層利用無(wú)線傳感網(wǎng)、3G網(wǎng)絡(luò)等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的整合、分析和可靠傳輸，同時(shí)利用云存儲(chǔ)技術(shù)解決大量數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)，保證農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通暢和共享。應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、視頻監(jiān)控、生長(zhǎng)過(guò)程跟蹤、產(chǎn)品信息發(fā)布，利用反饋的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制等功能。endprint

2 ?監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

在監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)，基于ZigBee 2007/PRO協(xié)議組成近距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接，該協(xié)議具有更好的互操作性、節(jié)點(diǎn)密度管理、數(shù)據(jù)負(fù)荷管理等，網(wǎng)絡(luò)通信距離更遠(yuǎn)，組網(wǎng)性能更穩(wěn)定。該網(wǎng)絡(luò)還具有低功耗特點(diǎn)，在監(jiān)控系統(tǒng)功能增加時(shí)支持大量的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展，遵循IEEE 802.15.4技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 ?無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

ZigBee傳感節(jié)點(diǎn)選用CC2530作為處理器[5]，該芯片集成了RF收發(fā)器、增強(qiáng)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的8051MCU、在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器、8 K RAM、ADC轉(zhuǎn)換器等功能模塊于一體，是一個(gè)完整的SoC系統(tǒng)。CC2530節(jié)點(diǎn)電路原理圖如圖3所示。CC2530結(jié)合德州儀器的ZigBee協(xié)議棧（Z-Stack），大大提高了單片機(jī)與無(wú)線通信模塊的可靠性，同時(shí)減小了節(jié)點(diǎn)的體積與質(zhì)量。

本系統(tǒng)傳感器節(jié)點(diǎn)主要完成農(nóng)作物各種生長(zhǎng)環(huán)境參數(shù)的采集，如溫度、濕度和農(nóng)藥殘留、病蟲(chóng)害信息等。由于使用環(huán)境的要求，CC2530具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)和低功耗等特點(diǎn)。CC2530和其他模塊電路連接如圖4所示。

2.2 ?無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

根據(jù)功能不同，組成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括3類：終端節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。在每個(gè)ZigBee局域網(wǎng)中，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)是惟一的，存儲(chǔ)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的路由信息，并對(duì)其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理和協(xié)調(diào)，如設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)和退出網(wǎng)絡(luò)等，在網(wǎng)絡(luò)中起著非常重要的作用。本系統(tǒng)采用以協(xié)調(diào)器為中心的網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用ZigBee無(wú)線通信方式，將溫濕度傳感器、光照傳感器、生物制劑監(jiān)測(cè)傳感器等分布于農(nóng)田各處，采集數(shù)據(jù)傳送給協(xié)調(diào)器，由且協(xié)調(diào)器作為中央處理器啟動(dòng)執(zhí)行設(shè)備，調(diào)節(jié)溫度和干燥度等。協(xié)調(diào)器同時(shí)連接網(wǎng)關(guān)，將環(huán)境數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)顯示并共享信息，也可以人工干預(yù)控制過(guò)程。

由于無(wú)線傳感器終端節(jié)點(diǎn)的通信距離比較有限，要求根據(jù)農(nóng)作物種植分布情況布置路由節(jié)點(diǎn)，盡可能實(shí)現(xiàn)種植區(qū)域內(nèi)無(wú)通信盲點(diǎn)。無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)各路由節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)向無(wú)線網(wǎng)關(guān)發(fā)送數(shù)據(jù)，無(wú)線傳感器終端節(jié)點(diǎn)與路由節(jié)點(diǎn)形成的是一個(gè)動(dòng)態(tài)自治的多跳網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的管理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的有機(jī)融合，達(dá)到了現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)對(duì)用戶是透明的目的。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

3 ?小結(jié)

現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展在農(nóng)業(yè)、能源、金融等方面都遇到了發(fā)展的“瓶頸”，在農(nóng)業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量控制等方面不能滿足人們的需求。本研究選擇物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)更智能的終端、覆蓋更全面的網(wǎng)絡(luò)，基于ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物生長(zhǎng)監(jiān)控，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)由部署3類節(jié)點(diǎn)，惟一的ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，作為整個(gè)控制中心;ZigBee終端節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)并無(wú)線收發(fā)，形成節(jié)點(diǎn)間能夠自治的組成網(wǎng)絡(luò);在大量的終端節(jié)點(diǎn)間布置若干個(gè)具有路由功能的節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)路由信息管理。該系統(tǒng)可以方便地接入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)作物生長(zhǎng)信息的跟蹤、共享和農(nóng)業(yè)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，大大地提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息化程度和自動(dòng)化水平，滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)控制要求。同時(shí)，該系統(tǒng)具有很好的靈活性及擴(kuò)展性，還可以滿足產(chǎn)品質(zhì)量的有效控制，產(chǎn)品信息可以直接在網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，增加產(chǎn)品的銷售渠道和完善物流信息，因此，本監(jiān)控系統(tǒng)具有較強(qiáng)的實(shí)用性和推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳 ?勇，曹玉保，王林強(qiáng).基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)灌溉監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2012，20（22）：104-106.

[2] PARK D H ，PARK J W.Wireless sensor network based greenhouse environment monitoring and automatic control system for dew condensation prevention[J].Sensors，2011，11（4）：3640-3651.

[3] 勞鳳丹，余禮根，滕光輝，等.設(shè)施農(nóng)業(yè)3G+VPN 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，16（2）：155-159.

[4] 戴起偉，曹 ?靜，凡 ?燕，等.面向現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)模式設(shè)計(jì)[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2012，28（5）：1173-1180.

[5] 聶洪淼，焦運(yùn)濤，趙明宇.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的研究與設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2012，31（10）：89-93.endprint

2 ?監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

在監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)，基于ZigBee 2007/PRO協(xié)議組成近距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接，該協(xié)議具有更好的互操作性、節(jié)點(diǎn)密度管理、數(shù)據(jù)負(fù)荷管理等，網(wǎng)絡(luò)通信距離更遠(yuǎn)，組網(wǎng)性能更穩(wěn)定。該網(wǎng)絡(luò)還具有低功耗特點(diǎn)，在監(jiān)控系統(tǒng)功能增加時(shí)支持大量的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展，遵循IEEE 802.15.4技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 ?無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

ZigBee傳感節(jié)點(diǎn)選用CC2530作為處理器[5]，該芯片集成了RF收發(fā)器、增強(qiáng)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的8051MCU、在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器、8 K RAM、ADC轉(zhuǎn)換器等功能模塊于一體，是一個(gè)完整的SoC系統(tǒng)。CC2530節(jié)點(diǎn)電路原理圖如圖3所示。CC2530結(jié)合德州儀器的ZigBee協(xié)議棧（Z-Stack），大大提高了單片機(jī)與無(wú)線通信模塊的可靠性，同時(shí)減小了節(jié)點(diǎn)的體積與質(zhì)量。

本系統(tǒng)傳感器節(jié)點(diǎn)主要完成農(nóng)作物各種生長(zhǎng)環(huán)境參數(shù)的采集，如溫度、濕度和農(nóng)藥殘留、病蟲(chóng)害信息等。由于使用環(huán)境的要求，CC2530具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)和低功耗等特點(diǎn)。CC2530和其他模塊電路連接如圖4所示。

2.2 ?無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

根據(jù)功能不同，組成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括3類：終端節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。在每個(gè)ZigBee局域網(wǎng)中，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)是惟一的，存儲(chǔ)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的路由信息，并對(duì)其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理和協(xié)調(diào)，如設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)和退出網(wǎng)絡(luò)等，在網(wǎng)絡(luò)中起著非常重要的作用。本系統(tǒng)采用以協(xié)調(diào)器為中心的網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用ZigBee無(wú)線通信方式，將溫濕度傳感器、光照傳感器、生物制劑監(jiān)測(cè)傳感器等分布于農(nóng)田各處，采集數(shù)據(jù)傳送給協(xié)調(diào)器，由且協(xié)調(diào)器作為中央處理器啟動(dòng)執(zhí)行設(shè)備，調(diào)節(jié)溫度和干燥度等。協(xié)調(diào)器同時(shí)連接網(wǎng)關(guān)，將環(huán)境數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)顯示并共享信息，也可以人工干預(yù)控制過(guò)程。

由于無(wú)線傳感器終端節(jié)點(diǎn)的通信距離比較有限，要求根據(jù)農(nóng)作物種植分布情況布置路由節(jié)點(diǎn)，盡可能實(shí)現(xiàn)種植區(qū)域內(nèi)無(wú)通信盲點(diǎn)。無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)各路由節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)向無(wú)線網(wǎng)關(guān)發(fā)送數(shù)據(jù)，無(wú)線傳感器終端節(jié)點(diǎn)與路由節(jié)點(diǎn)形成的是一個(gè)動(dòng)態(tài)自治的多跳網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的管理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的有機(jī)融合，達(dá)到了現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)對(duì)用戶是透明的目的。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

3 ?小結(jié)

現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展在農(nóng)業(yè)、能源、金融等方面都遇到了發(fā)展的“瓶頸”，在農(nóng)業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量控制等方面不能滿足人們的需求。本研究選擇物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)更智能的終端、覆蓋更全面的網(wǎng)絡(luò)，基于ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物生長(zhǎng)監(jiān)控，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)由部署3類節(jié)點(diǎn)，惟一的ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，作為整個(gè)控制中心;ZigBee終端節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)并無(wú)線收發(fā)，形成節(jié)點(diǎn)間能夠自治的組成網(wǎng)絡(luò);在大量的終端節(jié)點(diǎn)間布置若干個(gè)具有路由功能的節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)路由信息管理。該系統(tǒng)可以方便地接入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)作物生長(zhǎng)信息的跟蹤、共享和農(nóng)業(yè)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，大大地提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息化程度和自動(dòng)化水平，滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)控制要求。同時(shí)，該系統(tǒng)具有很好的靈活性及擴(kuò)展性，還可以滿足產(chǎn)品質(zhì)量的有效控制，產(chǎn)品信息可以直接在網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，增加產(chǎn)品的銷售渠道和完善物流信息，因此，本監(jiān)控系統(tǒng)具有較強(qiáng)的實(shí)用性和推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳 ?勇，曹玉保，王林強(qiáng).基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)灌溉監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2012，20（22）：104-106.

[2] PARK D H ，PARK J W.Wireless sensor network based greenhouse environment monitoring and automatic control system for dew condensation prevention[J].Sensors，2011，11（4）：3640-3651.

[3] 勞鳳丹，余禮根，滕光輝，等.設(shè)施農(nóng)業(yè)3G+VPN 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，16（2）：155-159.

[4] 戴起偉，曹 ?靜，凡 ?燕，等.面向現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)模式設(shè)計(jì)[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2012，28（5）：1173-1180.

[5] 聶洪淼，焦運(yùn)濤，趙明宇.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的研究與設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2012，31（10）：89-93.endprint

2 ?監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

在監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)，基于ZigBee 2007/PRO協(xié)議組成近距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接，該協(xié)議具有更好的互操作性、節(jié)點(diǎn)密度管理、數(shù)據(jù)負(fù)荷管理等，網(wǎng)絡(luò)通信距離更遠(yuǎn)，組網(wǎng)性能更穩(wěn)定。該網(wǎng)絡(luò)還具有低功耗特點(diǎn)，在監(jiān)控系統(tǒng)功能增加時(shí)支持大量的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展，遵循IEEE 802.15.4技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 ?無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

ZigBee傳感節(jié)點(diǎn)選用CC2530作為處理器[5]，該芯片集成了RF收發(fā)器、增強(qiáng)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的8051MCU、在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器、8 K RAM、ADC轉(zhuǎn)換器等功能模塊于一體，是一個(gè)完整的SoC系統(tǒng)。CC2530節(jié)點(diǎn)電路原理圖如圖3所示。CC2530結(jié)合德州儀器的ZigBee協(xié)議棧（Z-Stack），大大提高了單片機(jī)與無(wú)線通信模塊的可靠性，同時(shí)減小了節(jié)點(diǎn)的體積與質(zhì)量。

本系統(tǒng)傳感器節(jié)點(diǎn)主要完成農(nóng)作物各種生長(zhǎng)環(huán)境參數(shù)的采集，如溫度、濕度和農(nóng)藥殘留、病蟲(chóng)害信息等。由于使用環(huán)境的要求，CC2530具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)和低功耗等特點(diǎn)。CC2530和其他模塊電路連接如圖4所示。

2.2 ?無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

根據(jù)功能不同，組成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括3類：終端節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。在每個(gè)ZigBee局域網(wǎng)中，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)是惟一的，存儲(chǔ)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的路由信息，并對(duì)其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理和協(xié)調(diào)，如設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)和退出網(wǎng)絡(luò)等，在網(wǎng)絡(luò)中起著非常重要的作用。本系統(tǒng)采用以協(xié)調(diào)器為中心的網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用ZigBee無(wú)線通信方式，將溫濕度傳感器、光照傳感器、生物制劑監(jiān)測(cè)傳感器等分布于農(nóng)田各處，采集數(shù)據(jù)傳送給協(xié)調(diào)器，由且協(xié)調(diào)器作為中央處理器啟動(dòng)執(zhí)行設(shè)備，調(diào)節(jié)溫度和干燥度等。協(xié)調(diào)器同時(shí)連接網(wǎng)關(guān)，將環(huán)境數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)顯示并共享信息，也可以人工干預(yù)控制過(guò)程。

由于無(wú)線傳感器終端節(jié)點(diǎn)的通信距離比較有限，要求根據(jù)農(nóng)作物種植分布情況布置路由節(jié)點(diǎn)，盡可能實(shí)現(xiàn)種植區(qū)域內(nèi)無(wú)通信盲點(diǎn)。無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)各路由節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)向無(wú)線網(wǎng)關(guān)發(fā)送數(shù)據(jù)，無(wú)線傳感器終端節(jié)點(diǎn)與路由節(jié)點(diǎn)形成的是一個(gè)動(dòng)態(tài)自治的多跳網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的管理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的有機(jī)融合，達(dá)到了現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)對(duì)用戶是透明的目的。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

3 ?小結(jié)

現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展在農(nóng)業(yè)、能源、金融等方面都遇到了發(fā)展的“瓶頸”，在農(nóng)業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量控制等方面不能滿足人們的需求。本研究選擇物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)更智能的終端、覆蓋更全面的網(wǎng)絡(luò)，基于ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物生長(zhǎng)監(jiān)控，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)由部署3類節(jié)點(diǎn)，惟一的ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，作為整個(gè)控制中心;ZigBee終端節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)并無(wú)線收發(fā)，形成節(jié)點(diǎn)間能夠自治的組成網(wǎng)絡(luò);在大量的終端節(jié)點(diǎn)間布置若干個(gè)具有路由功能的節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)路由信息管理。該系統(tǒng)可以方便地接入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)作物生長(zhǎng)信息的跟蹤、共享和農(nóng)業(yè)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，大大地提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息化程度和自動(dòng)化水平，滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)控制要求。同時(shí)，該系統(tǒng)具有很好的靈活性及擴(kuò)展性，還可以滿足產(chǎn)品質(zhì)量的有效控制，產(chǎn)品信息可以直接在網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，增加產(chǎn)品的銷售渠道和完善物流信息，因此，本監(jiān)控系統(tǒng)具有較強(qiáng)的實(shí)用性和推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳 ?勇，曹玉保，王林強(qiáng).基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)灌溉監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2012，20（22）：104-106.

[2] PARK D H ，PARK J W.Wireless sensor network based greenhouse environment monitoring and automatic control system for dew condensation prevention[J].Sensors，2011，11（4）：3640-3651.

[3] 勞鳳丹，余禮根，滕光輝，等.設(shè)施農(nóng)業(yè)3G+VPN 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，16（2）：155-159.

[4] 戴起偉，曹 ?靜，凡 ?燕，等.面向現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)模式設(shè)計(jì)[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2012，28（5）：1173-1180.

[5] 聶洪淼，焦運(yùn)濤，趙明宇.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的研究與設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2012，31（10）：89-93.endprint