基于云平台的智能农业大棚系统

周汉达　李晓良　陈生庆　李乐欣　熊一帆　余培森　陈宇辉

摘 要：传统的农业生产浪费了大量的人力物力，且存在着“看天吃饭”的现象，这种弊端导致传统农业收成不好。针对这种情况，文中设计基于ZigBee的无线传感网技术，联合物联网云平台和微信小程序，设计了一款价格低廉、低功耗且全自动组网，可远程实时查看环境参数的智慧农业大棚系统。

关键词：无线传感网;农业大棚系统;WiFi;物联网云平台;微信小程序;ZigBee

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：2095-1302（2020）04-00-03

0 引 言

随着经济社会的发展，农业已经越发智能化，智慧农业是农业生产的高级阶段，是集新兴的互联网、移动互联、云计算和物联网技术[1-2]为一体，依托部署在农业生产现场的各种传感器（环境温湿度、土壤湿度、二氧化碳等）和无线通信网络，实现农业生产环境的智能感知、智能预警、智能决策、智能分析，为农业生产提供精准化种植、可视化管理、智能化决策。

科技发展带来了生产和消费更集中、更大规模、更社会化和更高的生产效率，同时也意味着城市生活对资源的更大需求，对安全的更高要求。农业是人们食物的根本来源，但近几十年由于需求量的暴增，人们滥用资源，不妥当的农业管理方式，导致目前农业发展陷入了资源短缺、环境污染、生产成本高、食品安全难以保障的死循环。

将我国的农业推向智慧农业迫在眉睫，基于物联网的智能农业大棚系统将结合计算机控制技术以及滴灌技术，代替传统的人工种植，底层采用传感器代替人的感官，在提高了环境监测准确率的同时减少了人力，降低了农业生产成本，提高了产率。

智能农业大棚也是响应国家大力发展现代农业的政策，智慧农业的建設和发展受到国家的高度重视。现代农业采用无人化、信息化、科技化生产，与传统农业大棚相比，具有高品质、高质量、高效率的优势。

因此，本文基于先进的ZigBee技术，设计了一种全天候无人坚守，可远程查看大棚环境情况的大棚系统，推进农业走向智能化、无人化的高质量、高生产发展。

1 系统总体设计

本系统分为4个子系统：检测系统、控制系统、数据处理系统、终端系统。

（1）检测系统：检测系统通过CC2530搭载多种传感器模块，对大棚内部环境进行检测，再利用ZigBee无线技术将传感器数据传输到网关。传感器模块包括空气温湿度检测模块、土壤湿度检测模块、光强检测模块、雨滴检测模块。CC2530是TI公司专门用于ZigBee组网的硬件模块，CC2530 结合了领先的 RF 收发器的优良性能和业界标准的增强型 8051 CPU，系统内可编程闪存、8 KB RAM和许多其他强大的功能，可以外接处理多种传感器模块。

（2）控制系统：控制系统通过CC2530搭载继电器模块，根据网关的指令，对大棚的环境进行控制。传感器模块包括卷帘电机控制模块、降温升温控制模块、加湿器模块、水泵控制模块。

（3）数据处理系统：数据处理系统就是网关，采用了Cortex-M4系列的强大处理器，搭载ZigBee协调器和ESP8266 WiFi模块收发数据。ARMCortex-M4处理器是由ARM专门开发的最新嵌入式处理器，旨在满足专门面向电动机控制、汽车、电源管理、嵌入式音频和工业自动化市场的新兴类别的灵活解决方案。

（4）终端系统：是一个远程实时可操控的智能化终端系统，采用微信小程序将大棚的实时数据直观展现出来，并且可以远程操控大棚的控制系统。

微信小程序，简称小程序，英文名为Mini Program，是一种不需要下载安装即可使用的应用，它实现了应用“触手可及”的梦想，用户扫一扫或搜一下即可打开应用。系统的总体框架如图1所示。

2 系统硬件结构

2.1 网关模块

网关模块包括STM32F407ZGT6单片机、WiFi模块、ZigBee协调器等。网关模块由独立供电模块供电，可在室内长期使用。网关模块的硬件设计如图2所示。

2.2 检测模块

检测模块包括51单片机、RF天线、传感器等。检测模块由独立供电模块供电，可在室内外长期使用。检测模块的硬件设计如图3所示。

2.3 控制模块

控制模块包括51单片机、RF天线、电机等。控制模块由独立供电模块进行供电，可在室内外长期使用。控制模块的硬件设计如图4所示。

3 系统流程设计

检测系统设计见表1所列，控制系统设计见表2所列，数据处理中心系统设计见表3所列，终端系统设计表见表4所列，系统关系如图5所示。

4 结 语

本文基于无线传感技术开发了农业大棚智能监控系统，通过数据采集和信息传输，实时监控终端设备的运行状态，有效地对资源进行管理和统计分析。通过ZigBee终端对系统中的传感器数据进行传输，可以实时掌握现场的信息。通过嵌入式硬件设备、WiFi和小程序软件的联合测试实验，结果表明，该系统具有低功耗、信息传输稳定、操作简单等优点，对农业大棚信息化建设具有一定的现实意义。

参考文献

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作者简介：周汉达（1983—），男，广东梅州人，硕士，讲师，研究方向为嵌入式系统与物联网。