浅析基于移动互联网的农业大棚智能监控系统的设计

徐贵凤，王士玺，卜灿灿

（山东英才学院，济南250104）

1 引言

众所周知，我国是农业大国，所以农业的发展直接影响着我国国民经济的发展。近年来，我国农业取得了较大的进展，农业大棚技术是保障我国农业健康、持续发展的重要基础技术，受到社会各界的广泛关注，而智能监控技术作为农业大棚中不可或缺的技术，也受到了人们的重点关注。智能监控系统能够对农业大棚内的环境进行有效监测和调控，使得农业工作人员能及时了解农作物的生长情况，其应用对于农业发展有重要意义[2]。

2 移动互联网关键技术概述

移动互联网技术在农业中的应用其实就是指在农业生产过程中，运用移动互联网技术或设备对农业生产信息进行采集和监控，进而实现农业生产活动的合理规划，减少农业工作人员的工作量，提升农业生产的智能化水平。在早些时期，农业大棚监控系统主要应用的是有线布线方式，但是这种方法存在较多的缺点，例如初期的安装以及后期设备的升级比较困难，并且在农业大棚种植范围不断扩大的情况下，监控系统的布线及升级也变得越来越复杂。而在农业大棚监控系统中应用移动互联网技术能很好地解决有线布线方式的问题。这种技术的无线传输能够克服有线传输布线复杂的困难，并且可以通过网络利用计算机、手机等设备对农业大棚内农作物的生长情况、生长环境等进行监控。

现阶段，移动互联网络技术中的ZigBee技术和GPRS技术在农业大棚监控系统中有比较广泛的应用。由于ZigBee无线技术具有可靠性高、传输距离短、耗能低等多个优点，所以其在数据采集工作中具有较大的优势。与此同时，ZigBee无线技术的自组网特性使其可以较好地实现传感设备数据的无线传输。以GSM为基础的GPRS（通用分组无线数据传输技术），该技术也有传输速度快、覆盖范围较广、通信质量较高以及随时在线等多项优点。GPRS技术支持TCP／IP协议，能够和因特网直接进行连接。所以，在农业大棚监控系统中应用ZigBee及GPRS两项技术，能使ZigBee网络短距离通信与GPRS网络远距离通信的优势互补，有利于农业大棚智能化的发展。

3 农业大棚智能监控系统需求分析

3.1 系统数据采集需求

数据釆集就是对农业大棚内的相关环境数据进行收集，其需要满足下面几点要求：第一，由于农业大棚通常占地面积比较大，小范围的数据采集无法有效体现出大棚内整体的状态，因此，相关环境数据的采集范围需要涵盖整个大棚内所有的关键性区域，这样才能够体现出大棚整体的运行状态；第二，由于大棚内环境的相关数据会受到各种外界因素的干扰，可能会随时发生改变，所以，进行数据采集时需要具有较高的采集频率，这个时间间隔应该能够调节，最好是控制在10～30s；第三，在农业大棚内，影响农作物生长环境因素主要包括温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度以及土壤含水率，这些环境因素直接影响农作物的生长情况，所以进行数据采集时必须采集这些环境数据。

3.2 系统数据存储需求

数据存储是农业大棚智能监控系统必须具备的功能，其主要有下面几点要求：第一，安全性较高。高安全性是数据存储必须具备的特性，因为一旦存储的数据出现丢失、损坏等情况，就可能对整个系统的正常运行造成较大的影响。因此，系统应该能够实现数据的实时备份和异地备份等功能。第二，容易管理。随着农业大棚智能监控系统的运行，数据会越来越多，数据存储工作也会变得更加烦琐，因此必须具有易管理的特性。第三，具有可扩展性。数据存储必须具备可扩展性，可以在数据容量需求不断提升的情况下，实现存储空间的有效扩展。第四，要具有时效性。农业工作人员可能在某一时间点调用系统中存储的历史数据，所以系统必须能够存储3年以内的数据。

3.3 系统数据管理需求

数据管理，顾名思义就是对系统中的数据进行管理，这些数据主要有用户数据、设备数据以及环境数据等。这其中用户数据及设备数据会依据智能监控系统的变更而修改，这两种数据的管理属于业务数据的管理。环境数据管理主要是对实时和历史环境数据进行的管理。实时环境数据主要体现了大棚内当下环境状况，数据量比较小。而历史环境数据主要体现了大棚内之前的环境状况，所以数据量会比较大。通常在系统中，实时环境数据被调用的次数远远大于历史环境数据，因此，不论是存储还是查询，实时数据都应该具有较高的优先级。

4 农业大棚智能监控系统的总体设计

农业大棚智能监控系统主要包括ZigBee无线传感器监控模块、ZigBee+GPRS无线网关通信模块以及监控客户端3个部分。系统的工作原理是：ZigBee无线传感器监控模块利用ZigBee网络把采集到的农业大棚内的环境数据集中到ZigBee+GPRS无线网关通信模块，该模块再将处理之后的数据通过GPRS网络链接到移动或联通基站，基站再将数据传输到监控客户端上，最后监控客户端再对数据进行处理，支持用户对农业大棚内的实时环境数据进行直观的观测。

4.1 ZigBee无线传感器监控模块设计

ZigBee无线传感器监控模块（如图1所示）需要实现数据采集、数据处理、设备控制以及电源管理4项功能。所以，ZigBee传感器监控模块设计了以下4个模块：监测模块主要功能是连接各种传感器，采集大棚内的相关环境数据；CC2530模块其实就是中央处理器模块，它是整个系统的核心，其主要功能是对传感器所采集的数据进行处理，并且实时地处理上级下发的一些控制命令；而控制模块的主要功能是连接农业大棚内的控制设备，控制设备进行灌溉、通风等工作；电源模块的主要功能就是进行电源管理，为整个系统提供稳定、持续的电能。

图1 Zigbee无线传感器监控模块电路框图

4.2 ZigBee+GPRS无线网关通信模块

在基于移动互联网的农业大棚智能监控系统中，ZigBee+GPRS无线网关通信模块有效地结合了ZigBee技术以及GPRS技术的优点，使这两种技术强强联合、优势互补，进而有效促进农业大棚监控系统的智能化发展。这两种技术的结合不仅能够减少系统的整体成本，更重要的是使系统网络的覆盖范围得到扩大。在硬件结构上整个Zigbee+GPRS无线网关通信模块主要包括ZigBee协调器和GPRS无线模块，这两个模块之间通过UART串口进行通信。

5 结语

总而言之，在农业大棚智能监控系统中应用移动互联网技术，有利于提升农业大棚监控系统的智能化水平，通过应用高速的移动通信网络，对农业大棚内的环境数据、生物生长情况进行实时监控，与此同时还能实现对大棚内设备的有效控制，进而确保农业大棚内生产环境的稳定性，使农作物健康生长。