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一种基于无线智能移动端智慧农业设计

  中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2018)12-0018-02
  智慧农业是现代农业向往趋势之一,经济发展速度加快,工业化、智能化程度也进一步加深,人们对现今生活水平、生活追求、生活质量、生活中时间利用也提出了更高要求。资源节约和环境保护成为当今时代的主题之一,人们对美好生活向往和资源可持续利用越来越重视。实时监控和智能化管理对蔬菜生长进行监控,及时知道地表温湿度变化、光照强度、二氧化碳浓度、土壤酸碱度,准确掌控温棚里补水量,前提条件是蔬菜和瓜果重要质量之一。现在社会生产实践中都是利用电脑对温棚进行智能化控制,实际生产中,现在社会进步,移动端是现代生活必要之物之一,人们对移动端的了解也进一步加深,因此我们设计了这款APP@PC来满足智慧农业生产的需求,扩大农业经济效益。达到无人化,智能化,实现资源和人员最大经济化。
  1 总体设计
  ZigBee是一种新兴短距离、低速率、低功耗网络容量大无线网络技术之一,是介于蓝牙技术和WIFI无线之间技术之一,其基础是IEEE802.15.4协议, IEEE无线个人局域网工作组一项指标。鉴于该技术,系统设计ZigBee技术为核心,总体结构包括传感器节点、协调器节点、继电器控制节点、PC&PC管理组成,各节点随机分布,节点之间自组网,组网方式三种:一是星型;二是网状;三是树状;能够实现自组网,。ZigBee联盟对ZigBee标准制定:IEEE802.15.4物理层、MAC层及数据链路层,ZigBee网络层、加密层及应用描述层制定也取得了较大进展。IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议,因此ZigBee联盟对其网络层协议和API进行了标准化。完全协议用于一次可直接连接到一个设备基本节点4K字节或者作为Hub或路由器协调器32K字节。每个协调器理论值可连接多达65535个节点,多个路由终端可形成多种网络,路由传输路径可根据选择传输。ZigBee联盟还开发了安全层,保证这种便携设备不会意外泄漏其标识,而且这种利用网络远距离传输不会被其他节点获得,网络信息经过协调器传至APP&PC数据显示和管理。
  温棚环境参数准确上传,准确实时掌控数据,保证棚内植被正常生长,是该设计重要指标之一。如果温棚温度过高、土壤湿度、土壤PH值与栽种作物生长所需不同、光照不足。管理人员就可以使用手机打开APP&PC对参数进行调节,力保温棚的环境管理人员可控范围。其系统总体结构图如图1所示。
  2 系统硬件设计
  2.1 硬件组成
  保证系统稳定性,采用 ZigBee和WIFI无线通信,集成MCU 8051 CPU和WiFi芯片,智能网关采用ZIGBEE和WiFi芯片集成;采用无线WIFI模块通信,性能优良;协调器与WIFI采用串口通信模式;ZIGBEE伴随RF收发器系统分为三个部分组成:协调器 ,路由节点,终端设备。
  终端设备:传感器节点:硬件由CC2530为核心处理器,RF无线收发模块,温湿度采集模块SHT11和PH计等传感器组成。继电器控制节点硬件由CC2530为核心处理器,RF无线收发模块、继电器模块HK4100F-DC5V-SHG组成,采用独立电源供电。
  协调器节点:硬件由CC2530为核心处理器,RF无线收发模块组成。与终端设备代?a异同。
  路由节点:和终端设备配置相同,烧录代码异同,其工作方式为无线通信,数据中转,传输至APP&PC。
  2.2 模块地址异同
  CC2530拥有16位物理地址,地址分配取决于网络架构,分别三个值决定:
  1)网络最大深度L
  2)每个父亲设备上孩子数C
  3)第二个子设备中有几个路由器设备R
  根据三要素可推出某父亲设备路由间隔 C(d)
  该公式计算Aparent这个父亲设备分配第n个终端设备地址An。
  鉴于该设计,每块芯片拥有一个网络分配给子节点短地址,是该设备在zigbee网络中通信地址之一,此地址不唯一,时常组网芯片通信短地址不唯一。通信地址64位长地址是唯一;芯片收到短地址立即回复一个信息反馈协调器,实现一次数据通信成功上传。设计采用WIFI传数据上PC和APP端,WIFI和zigbee协调器相互转化,实现数据交汇,实现数据上传和下发指令。
  3 系统软件设计
  软件设计采用zigbee自组网机制,采集数据信息经WIFI协议,传输数据层,实现整个设计自动化实现控制。协调器节点与传感器节点、控制节点无线通信协议以IEEE802.15.4协议进行通信,采用MESH网络组网,实现自组网络。
  3.1 传感器节点程序设计
  传感器节点流程图如图2所示,首先初始化硬件和标准2007协议栈,节点是否加入协调器网络,其次查看该节点数据,由CC2530 RF收发模块将采集质量信息传送给协调器,再由ZIGBEE转WIFI转入数据端进行显示并实现相应控制指令。实现数据和指令上传和下发功能。   3.2 协调器接收和转发数据程序设计
  协调器节点程序流程图如图3所示。首先初始化整个硬件,发出组网命令,网络判断是否有子设备加入;其次检测是否数??上传三次协议,数据经CC2530串口发送WIFI,协议上发到控制终端;最后选择查看所有节点,组网的命令发送结束,设备列表中子设备网络还未组好网络,再一次上发组网命令,实现自组网结束。如果移动端一旦发出命令,所有设备处于带工作状态。指令一经触发,设置好装温湿度和其他参数后。数据开始上传和数据下发指令,与之设定值相比较,温湿度上传作比较,其他参数相同,设定范围内,执行机构不执行,反之动作,既能实现智能化,又能实现自动化过程。
  4 数据测试与分析
  图4中湿度范围值设定和LED调光设置,根据各种植被需要选择不同的范围,使其适合生长;网络连接和退出系统是两个选择;应对移动端连接本地的网络,数据通过本地WIFI传输至APP&PC,实现数据交汇。图中圆盘功能是对大棚光照强度电机控制,光照强度弱,电机正转,反之反转,实现植被光合作用充分吸收。
  手动控制和智能控制是该设计最大的难点。
  图5中功能有报警,温湿度显示,风扇等节点;设定相应的范围值,终端数据上传至移动端,实现数据交汇,与设定值相比较,终端上传的数据图中温度,湿度,风扇,报警等实时显示。数据上传至协调器节点,数据再次转发,移动终端收到数据,显示实时数据,与之相比较,执行机构做出相应机构。实现智能化,自动化管理现代农业。
  5 结束语
  本文提出一种基于无线智能移动端智慧农业设计方案,对现代智慧农业高效智能化管理硬件和软件进行设计。该系统能实时监控各个节点状态和高效可靠自动化传输数据和命令,同时更加实现了设备精准高效无人智能化一体管理,实现智慧农业文人值守,经济效益最大化。

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