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生态农业自动监控系统研究

发布时间:2016/4/1 11:31:58   阅读:

【摘要】为了转变现有的农业发展方式,利用各类相互协调工作的传感器实时采集温室的环境参数并通过无线通信方式传输到中央控制系统,实现自动监控,并由中央控制系统实现环境的自动、手动调节,建立农户和农业专家之间的连接。从而方便人工远程遥控调节,使环境达到最适宜的状态,可以最大限度提高农业生产力,简化操作。

【关键词】物联网;数据采集与传输;自动控制

1现有农业现状及存在的问题

在当今中国社会中,农业一直是党和国家十分重视的一个民生问题,我国作为一个农业大国,要想发展好农业,“三农问题”成为了一个必须要解决的矛盾节点。“三农问题”是指农业、农村、农民这三个问题。实际上,这是一个从事行业、居住地域和主体身份三位一体的问题,但三者侧重点不一,必须一体化地考虑以上三个问题。“三农问题”是农业文明向工业文明过渡的必然产物。随着当今电子信息技术的发展,新的技术以及人性化的农业系统能够更好的帮助农民解决许多劳作过程中的实际问题,提升劳动的效率,有利于农业的发展,以及“三农“问题的解决。而现今物联网技术在农业方面的应用已经相当成熟。结合具体的农业生产,我们考虑通过实现该生产模式中多个子农业系统的智能协调工作并配备上电脑端应用软件,来提高生产效率,节省劳动力,简化操作流程。

2关键技术

ZigBee通信协议:Zigbee是一种新兴的短距离、低速率的无线网络技术。主要用于近距离无线连接。它有自己的协议标准,在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量,以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,所以它们的通信效率非常高。Zigbee是一个由可多到65000个无线传感器节点组成的一个无线传感器网络,十分类似现有的移动通信的CDMA网或GSM网。

3系统总体设计

3.1系统设计思路

针对系统控制的需求,考虑到系统内人员流动信号干扰等,综合考虑温室动态信息的采集处理与传输以及通信的可靠性,实现环境参数无死角、无盲采集和传送,实现对控制对象的精确无误的调节控制,并针对用户群体设计一个易操作、简单明了的应用服务端,故系统研制应遵循以下原则:①安全性;②易操作性和可维护性;③灵活性和扩展性;④精确性和实时性;⑤先进性。本系统由三个终端节点,一个网络中心协调器,客户端主机组成。

3.2无线传感器节点硬件设计

ZigBee终端节点是智能化系统硬件的基本单元,需要具备环境因子采集、数据处理、无线通信等功能。农业上的具体应用下,此次设计的无线终端节点硬件设计重点考虑了低成本、低功耗、稳定、可靠等因素。三个终端节点分别安置在温室大棚、畜舍、沼气池子系统内,用于定时启动传感器采集环境因子并将采集到的数据发动至网络中心协调器,网络中心协调器收集到三个终端节点采集的数据之后通过串口将三组数据逐一发送至协调器,三个ZigBee终端节点与协调器之间遵从ZigeBee协议进行数据的传输;而协调器通过有线串口通信方式将数据打包发送至客户端主机。

3.3本地客户端设计

客户端主机作为监控的中心,将协调器节点接收到的数据通过有线串口发送到本地主机并将数据存储到本地主机的后台数据库中和客户端上显示;通过上位机软件设置打开畜舍和温室之间通风口的阈值。连接远程服务器,将获取的数据通过Http协议发送至服务器,通过定时发送Http请求获取服务器端的命令。

3.4系统特点

温室控制从环境因素控制可分为:单因子控制和多因子综合控制。单因子控制就是在控制过程中只对某一因素进行控制调节,不考虑其他因素的影响,这种控制技术比较简单,可操作性比较好,但是存在控制过程动态波动较大,控制逻辑冲突等问题,多因子综合控制是相对于单因子控制而言的,这种控制系统在考虑某一环境要素变化时还要考虑其他因素的变化情况,自动的做出相应的改变和调整,能最大限度的优化环境组合条件,是控制系统的发展方向。而在本系统内即采用,多因子综合控制:不仅考虑了CO2浓度同时还附加考虑了光照强度和温度等因素来调节系统到最佳状态。

4系统性能测试

4.1无线传感网络性能测试

系统上电后,中心节点的ZigBee模块作为协调器建立网络,采集节点的ZigBee模块作为终端节点搜索并加入网络;网络建立后,中心节点启动一个定时器,轮流向各个采集节点发送指令,采集节点接收到指令后利用携带的传感器采集数据并发送给中心节点,其余时刻采集节点处于休眠状态。中心节点收到所有采集节点发送的数据后,将这些数据通过有线串口发送至本地服务器。

4.2本地客户端性能测试

启动运行上位机软件后即进入等待接收数据状态,每来一组数据则调用相应事件接收数据,将数据存入本地数据库以便农户进行查询并通过因特网发送到远程服务器端。测试部署环境阈值,本软件响应速度快速能够满足系统需求。

5结论

本文简要的介绍了基于ZigBee无线传感器网络的温室环境监控系统,构建一套低成本、自组织、低功耗的大型温室无线传感器监控网络,避免传统有线方式采集点布置困难,系统成本高、安装维护难度大的缺点。该系统能够实现传感器节点快速自组网以及对各种温室环境因子的实时采集、传输、显示。基于嵌入式数据数据库SQLServer开发的温室现场管理系统可对各个传感器节点采集到的数据进行有效管理。

作者:杨杰文 单位:公安海警学院

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