隨著物聯(lián)網(wǎng)等高新技術(shù)的發(fā)展，我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)正在加快向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型，而智慧農(nóng)業(yè)將成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)未來發(fā)展的趨勢(shì)。所謂“智慧農(nóng)業(yè)”就是充分應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)成果，集成應(yīng)用計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、音視頻技術(shù)、3S技術(shù)、ZigBee無線模塊通信技術(shù)及專家智慧與知識(shí)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可視化遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程控制、災(zāi)變預(yù)警等智能管理。
智慧農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)
它主要通過各種無線傳感器實(shí)時(shí)地對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的溫濕度、光照、CO2濃度等參數(shù)進(jìn)行ZigBee數(shù)據(jù)采集，利用視頻監(jiān)控設(shè)備獲取農(nóng)作物的生長狀況等信息，遠(yuǎn)程監(jiān)控農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，同時(shí)將采集的參數(shù)和獲取的信息進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換和匯總后，經(jīng)傳輸網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)上傳到相關(guān)農(nóng)業(yè)智能管理系統(tǒng)中;系統(tǒng)按照農(nóng)作物生長的各項(xiàng)指標(biāo)要求，精確地遙控農(nóng)業(yè)設(shè)施自動(dòng)開啟或者關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)智能化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，有效減少成本，提高農(nóng)作物產(chǎn)量。
1.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
基于ZigBee無線模塊傳感網(wǎng)絡(luò)的智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)主要有ZigBee傳感器端節(jié)點(diǎn)、中心節(jié)點(diǎn)、GPRS無線模塊和監(jiān)控中心組成。ZigBee模塊傳感網(wǎng)絡(luò)主要由分布在監(jiān)測區(qū)域的各種傳感器節(jié)點(diǎn)和中心節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，傳感器節(jié)點(diǎn)由各種傳感器和ZigBee數(shù)傳模塊組成，ZigBee數(shù)傳模塊以星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組網(wǎng)。中心節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)匯集各傳感器節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)，并將其通過GPRS傳輸至監(jiān)控中心。監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)采用VB工具開發(fā)人機(jī)交換界面，可接收、處理和顯示各監(jiān)測區(qū)域的各種數(shù)據(jù)。此外還可直接通過GPRS網(wǎng)絡(luò)直接實(shí)現(xiàn)手機(jī)和中心節(jié)點(diǎn)的通信，讓用戶隨時(shí)隨地獲取農(nóng)作物信息。若監(jiān)測區(qū)域擴(kuò)大時(shí)，可通過增加路由器節(jié)點(diǎn)來增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。
2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
無線傳感網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)和一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，傳感器節(jié)點(diǎn)也稱設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物環(huán)境的ZigBee數(shù)據(jù)采集。中心節(jié)點(diǎn)又稱協(xié)調(diào)器。
本系統(tǒng)中的傳感器節(jié)點(diǎn)用TI公司的CC2530芯片，它是一種低功耗、低成本的無線微控制器，適用于IEEE802.15.4協(xié)議和ZigBee軟件應(yīng)用。CC2530是一個(gè)真正的片上系統(tǒng)(SoC)解決方案，它能夠以非常低的材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，它結(jié)合了領(lǐng)先的RF收發(fā)器的優(yōu)良性能、業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051CPU、系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存、8KBRAM、A/D轉(zhuǎn)換器以及許多其他強(qiáng)大的功能，并且其具有不同的運(yùn)行模式，使得它尤其適應(yīng)超低功：耗要求的系統(tǒng)。圍繞著CC2530芯片，系統(tǒng)大致可分為三大模塊：CPU和內(nèi)存相關(guān)的模塊，外設(shè)、時(shí)鐘和電源管理相關(guān)的模塊以及無線電相關(guān)的模塊。
主控MCU 選擇意法半導(dǎo)體公司STM32F103RBT6芯片，它是基于ARM推出的V7平臺(tái)的Cortex-M3內(nèi)核的32位處理器。該處理器芯片有64個(gè)引腳、51個(gè)I/O口、128KBFlash、20KBSRAM、3個(gè)串口、2個(gè)SPI接口、1個(gè)CAN總線和1個(gè)USB接口。芯片的數(shù)據(jù)處理能力為1.25dMi/sMHZ，在72MHZ的工作頻率下，工作電流為36mA，待機(jī)時(shí)下降到2mA，是目前32位處理器市場上功耗最低的產(chǎn)品。其售價(jià)接近51單片機(jī)的售價(jià)，但它的數(shù)據(jù)處理能力達(dá)到了DSP的水平，具有較高的性價(jià)比和應(yīng)用前景。
GPRS 無線傳輸選用西門子公司的MC35iGPRS模塊，主要通過主控制器的串口發(fā)送AT命令實(shí)現(xiàn)對(duì)模塊的控制，它主要完成與STM32之間的數(shù)據(jù)交換。該模塊內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧，能通過移動(dòng)公司GPRS網(wǎng)絡(luò)與Internet的PC機(jī)以及用戶手機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換;SMS支持PDU以及Text模式短信息的發(fā)送與接收;內(nèi)置5KBuffer，使得傳輸數(shù)據(jù)的最大數(shù)據(jù)包長度可達(dá)1.5K，完全滿足各路傳感器的信息傳輸需要;提供兩個(gè)全雙工串口，可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)TCP通道的同時(shí)傳輸。
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