基于ZigBee的智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)研究

楊彥鑫+阮解瓊+黃兆波+李琦+趙玉清

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，云南 昆明 650201）

摘 要：傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)中，運(yùn)用有線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)智能化灌溉，不僅成本較為高昂，整體布設(shè)過程也很復(fù)雜，需要花費(fèi)大量的人力物力。正是基于這種情況，相關(guān)技術(shù)人員研發(fā)了ZigBee智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)，主要利用的是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、超聲波水位傳感器以及土壤水分傳感器等，整體系統(tǒng)能有效實(shí)現(xiàn)信息反饋和數(shù)據(jù)收集，十分便利。本文從ZigBee智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)分析入手，對(duì)硬件實(shí)施方案以及軟件實(shí)施方案進(jìn)行了集中的闡釋，旨在為技術(shù)研究人員提供有價(jià)值的技術(shù)建議，以供參考。

關(guān)鍵詞：ZigBee；智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)；硬件；軟件

中圖分類號(hào)：S275 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170230059

1 基于ZigBee的智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

ZigBee智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的參數(shù)包括用戶終端系統(tǒng)、主控制器、ZigBee內(nèi)部協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)以及監(jiān)控系統(tǒng)等，利用節(jié)點(diǎn)參數(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，并借助控制命令優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)行流程。另外，在ZigBee智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)運(yùn)行過程中，當(dāng)終端節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到農(nóng)田水位超標(biāo)后，就會(huì)產(chǎn)生自動(dòng)斷電制動(dòng)，系統(tǒng)能利用其自身系統(tǒng)控制參數(shù)對(duì)電磁閥進(jìn)行控制，從而有效地停止灌溉操作。而針對(duì)檢測(cè)水位在閾值范圍以下時(shí)，需要利用系統(tǒng)自動(dòng)化控制功能開啟電磁閥，確保振動(dòng)控制灌溉項(xiàng)目。技術(shù)人員要利用模塊對(duì)開啟灌溉和停止灌溉進(jìn)行集中管理，針對(duì)狀態(tài)信息以及終端節(jié)點(diǎn)建立有效的控制框架[1]。

2 基于ZigBee的智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的硬件實(shí)施方案

ZigBee智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)主控制結(jié)構(gòu)主要包括微處理芯片、USB和SPI等，結(jié)合圖像傳感器和MCI，能優(yōu)化實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高效管理目標(biāo)，并且可以利用JAVA進(jìn)行編程操作，將信息緩存后直接輸入到存儲(chǔ)指令和數(shù)據(jù)控制模塊中。

2.1 基于ZigBee的智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的終端節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

ZigBee技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中，能有效實(shí)現(xiàn)低能耗和低成本，同時(shí)保證整體運(yùn)行結(jié)構(gòu)安全可靠，正是基于其自組網(wǎng)能力，能在定義標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈層級(jí)和物理層級(jí)的優(yōu)化連接，保證工作參數(shù)運(yùn)行環(huán)境維系在2.4G赫茲、868赫茲以及915赫茲3個(gè)頻段結(jié)構(gòu)中，并保證拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)運(yùn)行的完整度。

2.2 基于ZigBee的智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的控制模塊電路設(shè)計(jì)

要想實(shí)現(xiàn)整體ZigBee智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)，就要保證系統(tǒng)在TC35i模塊能有效維護(hù)主控制器和用戶之間的數(shù)據(jù)交流，保證傳遞結(jié)構(gòu)的安全可靠。系統(tǒng)運(yùn)行過程中，技術(shù)人員要保證基帶處理器和天線接口之間有效連接，并且充分滿足供電電路的時(shí)序性，符合接口需求，利用40幀電纜線對(duì)主控制器和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行集中管控。在電源接線引腳數(shù)據(jù)處理時(shí)，技術(shù)人員要保證短信息收發(fā)和軟件流的系統(tǒng)化控制，確保工作狀態(tài)引腳也能得到有效傳遞[2]。

2.3 基于ZigBee的智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)控制模塊設(shè)計(jì)

ZigBee智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)之所以能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管控，主要是基于網(wǎng)絡(luò)連接和智能模塊技術(shù)，借助節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管控，確保能隨時(shí)隨地提高灌溉系統(tǒng)的訪問實(shí)效性。除此之外，在系統(tǒng)內(nèi)還要借助主控制器嵌入以太網(wǎng)，從而有效支持控制層協(xié)議，利用物理結(jié)構(gòu)芯片提升處理水平。

3 基于ZigBee的智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的軟件實(shí)施方案

3.1 基于ZigBee的智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)

在軟件系統(tǒng)中，借助自動(dòng)組網(wǎng)層級(jí)能實(shí)現(xiàn)ZigBee智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行，技術(shù)人員要對(duì)農(nóng)田水位的上限和下限進(jìn)行集中管理，保證水位、土壤以及電磁閥實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉。另外，在系統(tǒng)中能借助路由節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制器管理，保證信息用戶終端對(duì)數(shù)據(jù)建立集中采集機(jī)制，能在提升系統(tǒng)容錯(cuò)能力的同時(shí)，保證控制組網(wǎng)的可靠性。

3.2 基于ZigBee的智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的控制模塊應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

在ZigBee智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)運(yùn)行過程中，要滿足實(shí)時(shí)性需求，對(duì)短信息標(biāo)志位進(jìn)行集中關(guān)注，從而保證檢測(cè)程序發(fā)揮實(shí)效性。

3.3 基于ZigBee的智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)搜索設(shè)計(jì)

嵌入式網(wǎng)絡(luò)搜索設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)被應(yīng)用于ZigBee智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)，能在提升系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)有效性的同時(shí)，優(yōu)化異地管控終端結(jié)構(gòu)，確?？刂泼钤诎l(fā)送后實(shí)現(xiàn)灌溉操作。特別要注意的是，在系統(tǒng)嵌入結(jié)構(gòu)中，技術(shù)人員要遵循HTTP通信協(xié)議，保證結(jié)構(gòu)的有效性和完整度[3]。

4 結(jié)束語

總而言之，ZigBee智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的推廣，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化農(nóng)業(yè)管理項(xiàng)目的有效運(yùn)行，不僅能運(yùn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和系統(tǒng)管理，也能進(jìn)一步升級(jí)參數(shù)解析能力，一定程度上推動(dòng)了農(nóng)業(yè)項(xiàng)目的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]滕志軍，何建強(qiáng)，李國強(qiáng)，等.基于ZigBee的智能農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，52（3）：681-684.

[2]張文霞，王圓，張凱，等.基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的智能農(nóng)業(yè)溫室大棚管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2016，37（6）：247-250.

[3]李建飛，靖文.基于ZigBee和LabVIEW的智能農(nóng)業(yè)大棚溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2013，22（5）：205-209.