基于物联科技的智能农业系统平台设计

刘嘉敏，代永强，潘皓泽，魏霖静

(甘肃农业大学 信息科学技术学院，甘肃 兰州 730070)

1 引言

智能农业是农业发展的新方向，它可以根据植物的生长习性及时的对环境参数做出调整，改变了传统农业的管理方式，本文以绿色植物作为研究对象，将物联技术和智能农业结合起来，基于ZigBee技术以及多种传感器搭建一个模拟平台。

2 ZigBee技术介绍

ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。作为一种高可靠的无线数传网络，ZigBee不仅具有以上优点，还具备时延短、网络容量大、安全性高等优势。

ZigBee技术的物理层和媒体访问控制层是以IEEE802.15.4为协议标准，ZigBee技术联盟制定网络层，而应用层则能根据用户自己的应用需要对其进行开发并利用，所以，该应用可以给用户提供更加灵活的组网方式。

根据IEEE.802.15.4-2003标准协议，可以将ZigBee的工作频率分成3个频段：868 MHz、915 MHz、2.4 GHz。在组网性能上，ZigBee技术可构造为点对点网络或星型网络，且在每个组成网络内，每个节点都对应两个地址为16bit的短地址(即网络地址)和64bit的长地址(即ZigBee设备全球唯一的地址标识)，在一个ZigBee网络中，可容纳65536个设备数，充分体现网络容量大这一特点。在无线通讯技术上，利用免冲突多载波信道接入(CSMA-CA)方式来避免无线电载波之间的冲突。

ZigBee技术的低功耗体现在其发射输出仅为0～3.6 dBm，通信距离为30～70 m，在保证通信链路的条件下，设备可自动调节发射功率，消耗最少能量。

为保证通信数据的安全性和保密性，ZigBee技术采用密钥长度为128位的加密算法和CSMA-CA机制，且在MAC层采用了确认的数据传输模式，该技术也提供基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功能，支持鉴权和认证。

我国物联网正进入发展的快车道，及众多优点于一身的ZigBee技术终借物联网应用异军突起。

3 平台的总体设计

3.1 平台结构图

平台结构如图1所示。

图1 平台结构

3.2 平台功能模块

3.2.1 主界面

主界面模块中包含两部分，即“当前环境”和“当前设置”(图2、图3)。在“当前环境”中可以显示的信息有雨雪、光照、风速、CO2浓度、室内温度、室内湿度、土壤温度和土壤湿度。将所有信息都放在一个界面上，使人更加清楚明了。除此之外，还可以通过“当前设置”去改变“当前环境”中的信息参数从而给植物一个更加适宜的生长环境。

3.2.2 光合作用

光合作用模块中包含两部分，即“植物生长灯”和“换气扇”(图4)。可以利用植物生长灯的开关来调节当前光照强度并显示在当前界面中；利用换气扇的开关来调节CO2浓度并显示在当前界面中。

图2 主界面

图3 设置界面

图4 光合作用界面

3.2.3 气象信息

在气象信息的界面中(图5)，利用“智能窗”的左右按键来调整智能窗的开关状态从而调节风速大小，并将风速大小、雨雪状况和智能窗的开关状态都显示在当前界面中。

3.2.4 温湿信息

在温湿信息的界面中包含室内温湿度和土壤的温湿度两部分信息(图6)，用温控系统的开关对加热器进行控制从而调节温度信息，湿度信息可以利用灌溉系统的开关进行加水调节。

3.2.5 状态信息

状态信息界面是用来观察各节点的状态的(图7)，其包含的节点有：协调器、风速节点、雨雪节点、光照节点、CO2节点、土壤节点、空气节点、换气扇节点、生长灯节点、灌溉器节点、电动窗节点和加热器节点。

图5 气象信息界面

图6 温湿信息界面

图7 状态信息界面

3.2.6 视频监控

可以利用“视频监控”实时监控植物的生长状态(图8)，视频信息直接在该界面中放映。

图8 视频监控界面

4 物联科技在农业发展中的应用前景

随着社会的快速发展和国家对农业的大力支持，加之物联网技术的日渐成熟，物联网在传统农业领域的应用越来越广泛。农业是物联网技术的重点应用领域之一，也是物联网技术应用需求最迫切、难度最大、集成性特征最明显的领域。通过物联科技，可以使我国的农业生产更快的向现代化迈进，物联网技术也务必会成为构建智能农业系统的基础。

5 结语

借助此平台上传感器所传输的数据，可以更快更准确的收集到农业数据信息，对这些数据进行分析并且利用温控系统、灌溉系统、智能窗、植物生长灯以及换气窗等对其生长环境的信息参数进行调整,较好地实现了自动化的智能功能。