基于GPRS和ZiɡBee的农业管理系统设计

刘凯，马晨，赵杰，韩团军

（陕西理工大学，陕西 汉中 723000）

智慧农业是一个通过对环境进行实时监控对农作物生长进行分析和调整的全自动化产业平台。借助物联网技术对不同的农作物进行精准监测、精准分析、精准操作，通过多种传感器对环境的各类参数进行检测，用户可以在电脑端对各个环境参数进行实时监测控制，使其达到农作物生产环境的要求农作物的生长环境更加优良。本文提出一种基于物联网的农业自动化管理系统，实现对农业环境的温湿度、光照等参数的实施监测，同时具有自动灌溉和调温功能，可以为农业自动化管理提供技术依据。

1 系统硬件设计

整个系统选用STM32单片机系统作为主控核心，利用Z iɡB ee进行组网。STM32控制传感器对各个检测节点的参数进行测量，STM32通过串口将数据发送给Z iɡB ee模块1，Z iɡB ee模块1将数据经过无线传输给Z iɡB ee模块2，Z iɡB ee模块2再通过串口将数据发送给主控芯片，主控芯片将数据发送给GPRS模块，最后，GPRS模块将数据打包发送至电脑上位机软件进行实时显示。整个农业管理理系统硬件框图如图1所示：

图1 系统硬件框图

1.1 电源电路设计

设计对传感器和主控芯片分别设计5V电压和3.3V电压电路。使用AMS1117稳压芯片设计5V稳压电路，得到稳定的5V电压可为无线通信传感器进行供电，设计是通过稳压芯片将5V电压转化为3.3V为其余传感器供电，得到了稳定的3.3V电压。系统电源电路设计图如图2所示：

图2 系统电源电路设计图

1.2 主控电路的设计

设计采用STM32控制器，该处理器是用途非常广泛的ARM内核，集成了非常丰富的接口，通信模块以及其他功能模块。处理器电路图设计如图3所示：

考虑我国居民消费中耐用品消费份额不断上升的现实，本文构建了一个包含耐用品部门与非耐用品部门的多部门动态新凯恩斯主义模型，并在这一模型框架内，考察了扩张性货币政策的动态效应。研究结果显示，扩张性货币政策引起耐用品部门名义工资、耐用品部门通胀以及耐用品消费更大幅度地上升。在此基础上，进一步分析了以稳定增长为目标的政策下货币政策盯住目标选择的问题。研究结果表明，如果耐用品的寿命足够长，无论是基于缓和产出波动的角度，还是基于降低政策引致的社会福利损失的角度，货币政策盯住目标均应选择耐用品部门通胀。

图3 处理器电路图设计

1.3 无线传输模块电路设计

无线传输模块由Z iɡB ee通信模块和GPRS数据远程传输模块组成，Z iɡB ee通信模块主要以CC2530芯片为核心，负责经过STM32处理的各传感器检测数据和信息的收发，CC2530芯片是TI公司生产的一种包含一颗小巧高效的8051控制器和一个高性能2.4GHz DSSS射频收发器核心的芯片，它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。Z iɡB ee模块的电路设计图如图4所示：

图4 Z iɡB ee模块的电路设计图

2 系统软件设计

整个系统软件设计分为终端检测节点软件设计、报警装置软件设计、Z iɡB ee通信模块软件设计、GPRS模块软件设计、上位机软件设计。

2.1 终端检测节点软件设计

终端检测节点包括各个采集模块传感器的初始化程序、采集到的数据进行处理分析以及通过Z iɡB ee无线传送的通信子程序。系统首先上电复位执行操作，然后执行数据的采集，STM32将采集到的数据进行分析处理、校正计算，得到的实际的结果值通过STM32单片机串口控制的Z iɡB ee模块将此数据传送至协调器汇总节点。程序流程图如图5所示。

图5 终端数据采集发送软件流程图

2.2 上位机软件设计

系统采用Visual Studio 2010开发平台对系统的上位机软件进行开发，该平台操作方便，通过对控件和库的调用来实现控制数据系统采用界面。服务器和上位机是通过TCP协议通信。用户可以根据自己的检测数据和要求进行定义端口。整个上位机软件系统由2个主要部分组成：软件参数设置模块和检测数据接收及显示模块。上位机开发软件功能图如图6所示：

图6 上位机开发软件功能图

3 系统测试及分析

系统对不同时间不同地点四个节点进行试验数据测试，测试了不同环境下对空气温湿度、土壤温湿度、光照强度进行测试，将空气温度和土壤温度阈值设置为30℃，土壤水分阈值设置为50%，空气湿度水分阈值设置为80%，光照强度阈值设置为300lx。测试结果显示如表1所示：

表1 测试结果显示

根据上表所示，可以发现当任意一个参数测量值超过系统设置阈值时，报警电路便启动，报警模块正常运行，开始报警。

4 结论

本文设计了基于Z iɡB ee和GPRS的农业管理系统，设计模块包括传感器采集模块，报警模块，Z iɡB ee传输模块，GPRS模块。通过各类传感器对农作物生长的各种参数进行测量并经STM32微处理器处理后传送给Z iɡB ee模块，通过Z iɡB ee和STM32构成的网关传送给GPRS模块，再通过GPRS模块上传至电脑上位机，可以在电脑上位机上面设置阈值，当系统测量的任意一个值超过上位机软件上面设定的最大值,则报警电路会立马启动，开始报警，提示管理员进行后续操作。整个系统运行可靠，可以为农业进行推广。