基于物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳 嘉

（湖南網(wǎng)絡(luò)工程職業(yè)學(xué)院，長沙 410004）

從古至今農(nóng)業(yè)就是一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，農(nóng)業(yè)的發(fā)展水平關(guān)系著一個(gè)國家的穩(wěn)定與繁榮。隨著科技的發(fā)展，農(nóng)業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來，形成農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測技術(shù)是目前農(nóng)業(yè)管理的發(fā)展方向。

1 物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算的概念

（1）物聯(lián)網(wǎng)簡單來說就是物與物相連組成的互聯(lián)網(wǎng)，是通過射頻識別、紅外線感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、掃描器等信息傳感設(shè)備組成的一種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它能對物品進(jìn)行智能化識別、跟蹤定位、監(jiān)控和管理。物聯(lián)網(wǎng)和傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的區(qū)別在于物聯(lián)網(wǎng)有終端多樣化，智能化管理，網(wǎng)絡(luò)包容性強(qiáng)等特點(diǎn)。

（2）云計(jì)算是一種互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算方式，它將網(wǎng)絡(luò)連接的計(jì)算資源整合調(diào)度，然后形成一個(gè)巨大的計(jì)算資源庫并向各個(gè)用戶進(jìn)行按需分配，這個(gè)資源庫我們稱之為“云”。

“云”的價(jià)值非常大，對于資源使用這來說是無限大，并且可以隨時(shí)隨地按需使用，付費(fèi)按使用的資源來付。廣義的云計(jì)算則指資源服務(wù)的使用和交付模式，也就是通過網(wǎng)絡(luò)獲取所需的服務(wù)。

2 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)總體構(gòu)架及工作流程

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)由傳感數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程網(wǎng)關(guān)、無限傳感網(wǎng)和云服務(wù)平臺組成。

智能農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)測系統(tǒng)工作流程：一是打開各個(gè)傳感器監(jiān)測節(jié)點(diǎn)電源，利用協(xié)調(diào)器建立無線網(wǎng)絡(luò)，然后加入路由節(jié)點(diǎn)和無線傳感器監(jiān)測節(jié)點(diǎn)；二是多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)掃描ZigBee網(wǎng)絡(luò)并加入該網(wǎng)絡(luò)，組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

3 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)需要涵蓋測量風(fēng)向風(fēng)速、溫度、光照、濕度、降雨量、土壤溫濕度等一系列農(nóng)業(yè)環(huán)境要素，根據(jù)植物生長需求進(jìn)行智能控制這些環(huán)境要素的相關(guān)設(shè)備，為農(nóng)作物的生長提供最佳的環(huán)境。

3.1 智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)中對溫濕度的監(jiān)測和報(bào)警

智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)溫濕度傳感器驅(qū)動，使用的傳感器是DHT11數(shù)字溫濕度傳感器。它采用數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，可靠性和穩(wěn)定性都很好，同時(shí)具有體積小、耗能低、抗干擾能力強(qiáng)等許多優(yōu)點(diǎn)。

3.2 智能檢測系統(tǒng)中設(shè)計(jì)紅外線監(jiān)測功能

紅外線監(jiān)測是在接收到協(xié)調(diào)器發(fā)出的信號后，紅外線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)開始運(yùn)行，當(dāng)有人在傳感器前移動時(shí)，紅外線監(jiān)測系統(tǒng)就會有感應(yīng)。有些地方設(shè)置的紅外線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)要求無人長期停留，紅外線監(jiān)測系統(tǒng)感應(yīng)到有人在監(jiān)測范圍時(shí)就會發(fā)出警報(bào)提醒管理人員，以免造成損失。

3.3 監(jiān)測系統(tǒng)中的協(xié)調(diào)器設(shè)計(jì)

各節(jié)點(diǎn)的工作都需要協(xié)調(diào)器啟動并向節(jié)點(diǎn)發(fā)送開始信號，節(jié)點(diǎn)發(fā)生報(bào)警事件同時(shí)立即向協(xié)調(diào)器發(fā)送信號，協(xié)調(diào)器就做出相應(yīng)的處理。如溫度報(bào)警信號傳到協(xié)調(diào)器時(shí)，協(xié)調(diào)器的報(bào)警指示燈會閃爍一定次數(shù)。不同的監(jiān)測節(jié)點(diǎn)報(bào)警時(shí)協(xié)調(diào)器報(bào)警指示燈閃爍的次數(shù)不同。同時(shí)協(xié)調(diào)器會在接收到報(bào)警信號時(shí)進(jìn)行后臺處理。

4 智能農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)前端監(jiān)測系統(tǒng)事件設(shè)計(jì)

4.1 ZigBee協(xié)議系統(tǒng)

ZigBee協(xié)議采用一個(gè)Z-stack的任務(wù)輪詢操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)的任務(wù)可以為用戶實(shí)現(xiàn)添加自定義任務(wù)，同時(shí)可以完成網(wǎng)絡(luò)層等默認(rèn)的系統(tǒng)任務(wù)。該系統(tǒng)可以通過處理不同的時(shí)間函數(shù)來完成任務(wù)功能，其中每個(gè)任務(wù)ID可以容納16個(gè)事件。除此之外，用戶可以設(shè)置自定義任務(wù)，自定義任務(wù)每個(gè)可以處理15個(gè)事件，能夠幫助用戶實(shí)現(xiàn)更多的應(yīng)用功能。

4.2 監(jiān)測系統(tǒng)的事件觸發(fā)方式及流程

智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)主要采用指令觸發(fā)方式。該方式的控制指令程序是先由無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到無線傳感器節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)檢測到指令后進(jìn)行事件位置標(biāo)志，接著處理函數(shù)進(jìn)行相應(yīng)處理，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的操作。

指令觸發(fā)方式的程序：任務(wù)觸發(fā)事件經(jīng)過處理函數(shù)調(diào)用接口函數(shù)，完成數(shù)據(jù)包的接收工作；接收到事件信息后進(jìn)行解析消息數(shù)據(jù)包，接口函數(shù)對事件的位置進(jìn)行標(biāo)識；最后函數(shù)處理被觸發(fā)的事件，隨后節(jié)點(diǎn)收到處理指令并執(zhí)行操作。

4.3 智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)發(fā)送形式

在該系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的發(fā)送形式有廣播發(fā)送、組播發(fā)送、綁定設(shè)備發(fā)送和點(diǎn)對點(diǎn)發(fā)送等。其中，溫濕度監(jiān)測和紅外線監(jiān)測數(shù)據(jù)的發(fā)送形式均屬于廣播發(fā)送形式，也就是當(dāng)協(xié)調(diào)器發(fā)送開始信號時(shí)，傳感器網(wǎng)絡(luò)中的所有溫濕度監(jiān)測節(jié)點(diǎn)和紅外監(jiān)測節(jié)點(diǎn)同時(shí)開始工作；點(diǎn)對點(diǎn)的發(fā)送形式即當(dāng)溫濕度監(jiān)測節(jié)點(diǎn)和紅外監(jiān)測節(jié)點(diǎn)同時(shí)報(bào)警并向協(xié)調(diào)器發(fā)送信號。

5 結(jié)束語

科技在不斷發(fā)展，用科技帶動農(nóng)業(yè)的發(fā)展有利于社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，本文研究介紹了物聯(lián)網(wǎng)前端無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、搭建和監(jiān)測的方式，物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)旨在促進(jìn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，提高農(nóng)作物的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，有助于實(shí)現(xiàn)智能農(nóng)業(yè)的監(jiān)測控制及智能化管理，提高我國的經(jīng)濟(jì)實(shí)力水平。