基于Zigbee和Android技术的智慧农业系统设计.docx

基于Zigbee和Android技术的智慧农业系统设计王睿摘要针对我国当前农业生产现状，本文提出了基于Zigbee和Android技术的智慧农业系统的需求和总体架构。系统的感知层采用Zigbee技术将农业现场的终端设备和传感器组网，系统的应用层采用Android平台开发环境监测、数据分析、远程控制等终端应用，智慧农业系统能过程性管控农作物的生长过程，能自动改善生长环境，实现农业生产的智能化。【关键词】智慧农业环境监测农业Android终端应用物联网最初由美国麻省理工学院自动标识中心提出，后来在国际电信联盟发布的《ITU互联网报告2005：物联网》明确指出物联网通信时代已经到来。物联网就是物物相连的互联网，通过视频识别、红外线感应器等传感设备，进行信息的通信，实现智能化的跟踪、检测、和定位等功能的网络。在我国，物联网被列入国家五大新兴战略性产业之一，物联网市场发展速度，在工业、农业、节能环保、商贸流通、交通能源、公共安全、社会事业、城市管理、安全生产等领域都有广泛应用，本文主要研究物联网技术在农业系统中的应用。1系统需求我国一直是农业大国，但是与美国、德国等发达国家相比，大多数地方都还是精耕细作的小农经营模式，生产方式落后，生产产量不高，甚至在天气、气候等多种不稳定因素下，连基本产量都无法保证。将物联网技术应用到农业领域，建立智慧农业系统，增加农业硬件的基础设施、提高农业生产的过程控制，改变农业发展粗放方式，才能提高我国的整体农业水平。智慧农业系统需要有监测和控制功能。实时采集空气湿度、空气温度、二氧化碳、土壤湿度、土壤温度、光照等数据，了解农作物的生长环境。在现场安装水阀、灯具、风机等设备，当外界环境的变化超过设定的阈值，能及时启动和停止控制系统，自动调节农作物的生长环境，如打开风机、水阀等动作。智慧农业系统还需要实时地摄像监控。由于传感器只是采集数据，有时仅仅凭借数据并不能准确全面了解生长环境，在现场安装摄像头，进行视频的录制和采集，根据视频信息更加准确了解现场。用户能在终端远程查看采集的数据和视频，能根据系统采集的数据进行预测分析，分析可能发生虫害、冰雹等灾害的概率，以便做好防范措施。还可以将拍摄的农作物病状图片远程与专家沟通，建立视频会议进行确诊。2系统总体架构通过对农业系统的需求分析，智慧农业系统包括终端设备、通信系统、服务器、移动端。终端设备主要包括环境采集器和控制器，通信系统指各设备之间数据的传递。服务器和移动端主要为用户提供各种应用服务。智慧农业系统功能包括传感器数据采集、视频控制、环境监测、远程控制、预测分析，如图1所示。在田间安装光照、湿度、温度、二氧化碳的传感器和视频监控设备，传感器将采集的数据通过Zigbee技术发送至网关，网关对数据进行封装，并将封包数据发送给传输层，通过传输层远距离传输，将数据发送至智慧农业的服务平台。通过服务平台，用户可以在手机终端、电脑等设备上查看采集的数据，预警设置、远程控制设备、预测分析等管理，从而方便管理，辅助决策。3Zigbee传感节点设计Zigbee是一种新兴的无线网络技术，主要用在短距离范围之内，传输速率不高的各种电子设备之间，Zigbee网络主要包括协调器、路由器、终端结点。在ZigBee无线网络中，有且只有一个全功能型的协调器，是整个网络的控制中心，管理整个网络。本项目底层采用Zigbee为核心设计传感节点，搭建传感网络。启动协调器后，会自动网络扫描，寻找没有协调节点的频道，确立相对安静没有干扰的频道作为自己网络频道，并向周围发送Beacon信号，当其他传感设备开启后，会自动搜索并连接到网络，同时发出Beacon产生自己的子节点，从而一个Zigbee网络就建立起来，网络之间各个子节点之间能够通信，节点与协调器之间也可以通信。信息采集過程：Zigbee节点连接传感器，Zigbee启动组网成功后，Zigbee节点会将传感器采集的空气湿度、空气温度、二氧化碳、土壤湿度、土壤温度、光照等现场数据定时传送至Zigbee协调器，再由协调器经过网关统一转发，经过3G/4G通讯网络，将数据发送至服务器处理后保存到数据库。信息控制过程：Zigbee节点连接控制器，首先关闭水阀、打开光照灯等控制命令通过服务器发送至Zigbee协调器，协调器再通过网络传输至各个Zigbee节点，节点收到命令后，通过控制器控制各项设备。Zigbee节点工作流程图如图2所示。4Android终端软件设计随着3G/4G网络的普及使用，手机移动终端作为通讯网络的终端，同时也已经成为互联网的终端，通过手机终端应用来监测和控制农业现场成为了一种趋势。根据用户的需求可以开发出各种农业APP终端应用。移动端访问数据库数据，进行分析汇总，在APP应用中能显示传感器信息，设置阈值，超值提醒，在线查看视频，远程控制，专家诊断