基于ZigBee 的农业信息系统研究

吴 林

（福州大学至诚学院，福州 350002）

传统农业信息系统采用人工抄录传感器数值，人工计算的方式，获取农业信息，当应用于大面积农田环境时，存在信息获取时效性较低的不足，不适合农业信息的快速获取[1]，为此提出了基于ZigBee 的农业信息系统研究。搭建，传感器节点、ZigBee节点、ZigBee 协调器、GPRS 模块、服务器、客户端的硬件环境，依托IDE 开发环境，采用C++进行编写操作命令完成软件设计，实现了提出的农业系统的研究，为了保证提出的ZigBee 农业信息系统的有效性，利用传统农业信息系统作为实验对比对象，进行信息获取时效性验证，实验数据表明，提出的ZigBee 农业信息系统具有较高的有效性。

1 ZigBee 的农业信息系统硬件设计

ZigBee 技术是一种低功耗、低速率、低成本、低距离的双向无线通信技术，广泛应用于智能家电、农林业、水务、环境保护、工业自动化、数字化医疗等多个方面[2]。在农业信息系统中，由于其自身的稳定性以及传输的准确性，不断的应用在农业信息采集当中。

ZigBee 农业信息系统硬件基本结构主要包括，传感器节点（温度传感器、湿度传感器、土壤墒情传感器、光照度传感器）、ZigBee 节点、ZigBee 协调器、GPRS 模块、服务器、客户端七部分。

农业信息系统的数据来源是通过传感器节点获取的，由于传感器节点长时间暴露在大气环境中，受土壤、空气湿度等侵蚀，为此传感器节点一般采用聚对苯二甲酸乙二醇酯作为外壳体[3]，传感器部分外露，进行数据的采集，一个ZigBee 节点同时包温度传感器、湿度传感器、土壤墒情传感器、光照度传感器，以及微处理模块（存储器、控制器）、无线通信模块、电源模块。微处理模块是对采集的数据进行暂存，根据控制器编译的固定命令，定时的通过无线通信模块将采集的农业信息数据发送至ZigBee协调器。ZigBee 节点电源模块一般采用单晶硅太阳能电池进行供电[4]，保持各类传感器、存储器、控制器的有效运行。

ZigBee 协调器一般采用网状拓扑结构进行连接，ZigBee 协调器的主要作用是，利用串行通信方式，将获取的传感器信息，转换为数字型信息，便于网络的传输，设计的基于ZigBee 农业信息系统采用JN5140模数转换器，输入端口共有七个，包括系统时钟、复位电路、中断电路、采集电路、电源电路、调解的路、串口通信电路[5]。

将转换好的数字信号利用移动GPRS 网络传输至农业信息系统服务器，客户端，通过Web 登录到服务器，工作人员可对对农业信息进行分析。

2 ZigBee 的农业信息系统软件设计

将转换好的数字信号传输至服务器，并通过Web 登录，这过程依托于ZigBee 农业信息系统软件设计实现的。

转换数字信号过程中，首先根据ZigBee 协调器搜索信道，初始化硬件建立网络结构，在工作过程前，需首先对网络是否建立成功进行检测，根据检测结果进行有效操作，其农业信息数据发送过程示意图如图1所示：

图1 农业信息数据发送过程示意图

图1中，构建的网络是利用IDE 开发环境，采用C++进行编写操作命令，在配置环境过程中，需保证程序架构与ZigBee，协议栈程序完全相同，节点软件符合上一级要求，通过程序设置，可设置为定时检测，定量检测，连续检测三种，在非监测时间段内，执行休眠命令节约电能，实现ZigBee 的农业信息系统软件设计，基于ZigBee 的农业信息系统硬件设计，完成了提出的基于ZigBee 的农业信息系统研究。

3 实例分析

为了保证本文提出的ZigBee 的农业信息系统研究的有效性，进行实例分析，实例分析过程中采用传统农业信息系统获取农业信息的方法，作为实验对比对象，进行仿真实验，验证信息获取时效性。

3.1 试验准备与试验过程

为保证本次实验的有效性，首先对试验环境、试验参数、试验系统进行确定，由于本次实验采用的是仿真实验，所以为了更加接近真实的实验环境，设置实验参数见表1：

表1 试验准备数据

实验过程中，首先根据设定的试验参数，构建仿真实验环境，本次实验选择两种农业信息获取方法，同时进行试验的方式进行验证，所以构建一个仿真实验环境即可，同时利用一个仿真实验环境，能够有效地避免实验过程中参数不统一造成的误差。

为了验证农业信息系统获取信息的时效性，构建一个获取信息时效性的指标，用来评价实验ZigBee 农业信息系统获取信息的时效性，获取信息时效性指标影响阐述主要包括，是否保证农业信息系统持续安全运行，是否有效的获取农业信息，是否快速的获取农业信息三个方面。

模拟运行过程中，首先确定构建的仿真实验的环境准确度，通过完全准确的实验环境，对两种完全不同的试验方法进行时效性验证，验证期得出的获取农业信息的时效性是否快速，本次实验模拟了不同季节下对农业信息的获取，同时模拟不同时间下对农业信息的获取的各种情况，利用两种农业信息系统，进行获取农业信息时效性的对比。根据获取农业信息的速度，得出不同的农业信息系统获取农业信息时效性，并记录在图表中。其中传统农业信息系统需要人工抄录计算，得出农业信息；而ZigBee 农业信息系统利用ZigBee 技术，通过无线网络，获取农业信息，从而得出统计数据进行对比。

3.2 结果分析

根据实验的准备与实验过程，得出实验结果对比表，如表2所示：

表2 试验结果对比表

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根据实验对比结果表可以得出，在不同时效范围下，利用提出的ZigBee 农业信息系统，能够较为快速的对农业信息进行获取。经计算得出，传统农业信息系统获取信息的时效率为75.36%，提出的ZigBee 农业信息系统获取信息的时效率为98.21%，得出ZigBee 农业信息系统较传统农业信息系统，时效率提高22.85%，适用于农业信息的快速获取。

4 结束语

本文提出了基于ZigBee 的农业信息系统研究，基于ZigBee农业信息系统的硬件设计与软件设计，实现了提出的农业系统的研究，实验数据表明，提出的ZigBee 农业信息系统具有较高的有效性，希望本文的研究能够为农业信息系统研究提供理论基础。