【摘 要】
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随着爆炸式发展的物联网时代到来和与大数据结合的云计算技术的不断进步,以及大势所趋的第五代移动通信(5G)技术的商用,万物相关互联的应用与需求也会逐步被实现。与此同时,利用物联网技术使传统农业向智能农业转型,建设智能农业系统已经成为国内外农业现代化的必然趋势。在智能农业领域中,透过各类的墒情传感器,使农业棚室变得可控且可监测,应用高新信息处理的技术与农业棚室设施相互结合,能够获取棚内的实时生产情况,
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随着爆炸式发展的物联网时代到来和与大数据结合的云计算技术的不断进步,以及大势所趋的第五代移动通信(5G)技术的商用,万物相关互联的应用与需求也会逐步被实现。与此同时,利用物联网技术使传统农业向智能农业转型,建设智能农业系统已经成为国内外农业现代化的必然趋势。在智能农业领域中,透过各类的墒情传感器,使农业棚室变得可控且可监测,应用高新信息处理的技术与农业棚室设施相互结合,能够获取棚内的实时生产情况,及时预测与解决农业生产中存在的隐患,使大棚智能化管理成为可能,从而达到提高农业生产管理决策水平、确保粮食生产质量、缓解人力精力的情况。具有小型化、集成化、可靠性高等特点的无线传感网络,在大型农业棚室设施的智能管理与监测方面具有得天独厚的优势。结合现场大棚种植环境与各类可控设施的情况,基于先进的ZigBee技术来构成无线传感网络的近距离底层通信局域网络,具有功耗更低、组网更方便、网络更健壮等优特点。根据对现场大棚的实际功能的应用需求分析,设计了一套基于ZigBee的无线传感终端,实现对大型农业棚室设施的全方位智能管理与监测。以下是本设计涉及的主要内容:(1)针对大型农业棚室生产过程中需要监测的多样化环境参数与多种类可控设备,构建了以ZigBee为底层通讯网络、嵌入式微处理器STM32F103VET6、4G DTU Module和服务器Console应用终端等为核心驱动组件构成的大型农业棚室数据采集、传输、管理的终端。周详的介绍了嵌入式硬件电路开发设计和各类传感器型号的选择。此外,对于野外大型农业棚室存在的电源问题(太阳能供电),从实际问题入手,提供了解决电源保护与EMI问题的具体方案。(2)介绍了软件程序uVision集成开发环境MDK-ARM;嵌入式微处理器中针对终端各个模块功能实现编写的驱动逻辑代码;服务器Console应用终端的软件实现;基于IoT通信的标准-MQTT(轻量级的、灵活的网络协议)自拟定的私有通讯协议。(3)验证了终端在大型农业棚室中稳定运行且能完成实时、远程、自动监控的需求。在运行过程中对整机进行了系统级的软硬件联合调试,包括服务器Console应用终端对棚内各项参数指标的监控效果、ZigBee与4G网络通讯下的系统通讯的畅通性与稳定性、传感器所采集到的信息的精度以及棚内设施对系统下发指令的响应快速程度。本设计从大型农业棚室现代化进程中需要即刻解决的实际存在问题为出发点,从现场生产环境参数的实时监测与基础设施的快速控制再到远端服务器的智能化管理。通过对实际中遇到的结构性需求功能分析与研究,运用ZigBee无线通信技术组建无线传感信息网络,实现了大型农业棚室设施的全方位智能管理与监测,并对实际运行状态进行了长时间调试。这些工作对未来无线传感网与创新技术相结合的设计与应用具有实际的经验指导意义。
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