基于ZigBee技术的智能农业大棚的研究
基于ZigBee无线传感网络的大棚数据采集系统的设计
数 码 设 计 PEAK DATA SCIENC收稿日期：2017-11-01；修回日期：2017-12-19。
作者简介：高昕（1965-）女，安徽淮南人，博士，副教授，硕士生导师，多年来一直从事控制工程与电力传动及控制技术方面的研究和教学工作，获2011年度校优秀教师，承担安徽理工大学博士基金配电质量技术在小系统中的应用研究项目。
E-mail: 476398437@·79·计算机与应用DOI ：10.19551/ki.issn1672-9129.2018.01.031基于ZigBee 无线传感网络的大棚数据采集系统的设计高昕*，魏韬，樊世鑫，朱梦杰（安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽淮南，232000）摘要：针对于我国农业大棚存在着采集精度偏低，远程控制信号不稳定等缺点，本文提出了一种基于ZigBee 平台构建起来的无线传感网络，通过传感器节点对大棚内的各项参数进行监测，相对于其它无线通信技术，ZigBee 无线通信技术具有低功耗，高性能，传输信息准确等优点，引入卡尔曼滤波算法对数据进行融合处理。
营造了一种优良的内部智能生长环境，大大提高了农作物的生长效率。
关键词：农业大棚；ZigBee；无线传感网络；卡尔曼滤波算法中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号文章编号：：1672-9129(2018)01-0079-03The Design of Data Acquisition System Based on ZigBee Wireless SensorNetworkGAO Xin*, WEI Tao, FAN Shixin, ZHU Mengjie(anhui university of science & technology, school of electrical and information engineering, Anhui Huainan, 232000, China)Abstract ：in view of our country agriculture greenhouse has the low acquisition precision, remote control signal unstable faults, this paper proposes a kind of technology of wireless sensor network based on ZigBee platform, sensor nodes inside the greenhouse through the various parameter monitoring, relative to other wireless technology, ZigBee wireless communication technology has many advangtages,such as low power consumption, high performance, accurate transport information and so on,the goal of the introduction of the kalman filtering algorithm is to fusion processing data. It has created an excellent internal intelligent growth environment and greatly improved the growth efficiency of crops.Keywords ：agricultural greenhouse ；ZigBee ；wireless sensor network ；kalman filtering algorithm引用：高昕, 魏韬, 樊世鑫, 等. 基于ZigBee 无线传感网络的大棚数据采集系统的设计[J]. 数码设计, 2018, 7(1): 79-80. Cite ：GAO Xin, WEI Tao, FAN Shixin, et al. The Design of Data Acquisition System Based on ZigBee Wireless Sensor Network[J]. Peak Data Science, 2018, 7(1): 79-80.引言由于我国目前农业产值低下，农业技术不够先进，使得当前资源利用率不高，所以智能农业的概念得以提出，当前形势下主要运用于大棚环境下的环境参数监控，通过各类传感器构成的终端节点对大棚内的各个参数进行数据采集，为了提高采集精度，采用了卡尔曼滤波算法进行去燥，去冗余处理，并且使用无线通信模块，通过ZigBee 技术，以无线传感器网络为基础构成一套智能环境系统，对监测到的数据进行处理与反馈，很大程度上节约了劳动力，提高了生产效率。
基于物联网的智慧农业大棚系统的研究与实现
１３４基于物联网的智慧农业大棚系统的研究与实现马佳力，谢娅娅（荆楚理工学院，湖北荆门448000）摘要：在互联网技术的快速带动下，物联网技术也随之应运而生。
目前，物联网技术已经被广泛地应用到多个领域。
其中，也包括农业领域。
借助于物联网，可以在农业生产中建立一个智慧农业大棚系统。
这个大棚系统不仅能够智能控制农业生产环境，还能够根据农业生产的环境状况智能地进行灌溉、喷药等。
提高了农业的生产效率，还能有效地避免天气对农作物的影响。
因此文章将会针对基于物联网的智慧农业大棚系统的研究与实现进行一个探讨。
关键词：物联网；智慧农业；大棚系统；研究中图分类号：TP391文献标识码：A 文章编号：1673-1131（2019）01-0134-02随着生活质量的提高，人们对绿色农产品的需求越来越大。
而传统的大棚农业生产虽然比原始的农业生产方式而言，有了很大的进步。
但是传统的大棚农业生产依旧是属于人工控制生产的，有时人工对大棚生产环境中pH 值的调节也会出现错误，从而不利于农作物的生长。
而在物联网基础上建立起来的智慧农业大棚系统就能有效地解决这个问题，在科学技术的帮助下，农业生产也会变得更加容易，农作物的收成也是有所增加。
1智慧农业大棚系统的各项功能（1）实时监测功能在指挥农业大棚系统中装配了各种传感器，这些传感器可以在任意时刻对农业生产环境中各项条件的数据进行检测和收集。
如生产区域的湿度、温度、pH 值等。
当传感器将这些信息数据收集好了之后，就会在有线网络和无线网络的帮助下，将农业生产环境中的各项信息数据发送到后端的服务管理平台。
服务管理平台会对传输过来的数据进行存档，并进行精准的分析。
最后将分析出来的结果按照清晰的图表或者图片的形式表示出来，方便大棚系统的管理人员进行查看。
（2）远程控制功能服务管理平台对传输过来的数据进行精准的分析之后，再根据大棚系统之前设规定的最优阀值数再进行分析，得出结果。
这样系统就会了解到农业生产环境中的具体状况，利用智能识别和操作。
基于单片机的智能温室大棚系统设计与实现
基于单片机的智能温室大棚系统设计与实现1. 引言1.1 研究背景智能温室大棚系统是利用先进的单片机技术和传感器技术来实现对温室环境的监测和控制的系统。
随着全球气候变暖和粮食供应压力的增加，智能温室大棚系统的研究和应用变得越来越重要。
当前，传统的农业生产方式已无法满足不断增长的粮食需求，而智能温室大棚系统的出现为农业生产带来了革命性的改变。
传统的温室大棚产品受限于人工操作和环境条件的限制，往往无法实时监测温室内外环境的变化，导致温室作物生长过程中出现问题。
设计并实现基于单片机的智能温室大棚系统具有重要的意义。
通过引入单片机技术和传感器技术，智能温室大棚系统可以实现对温室内外环境参数的实时监测和控制，如温度、湿度、光照等。
智能温室大棚系统还可以实现远程监控和控制，为农业生产提供更便捷、高效、智能化的解决方案。
研究基于单片机的智能温室大棚系统具有重要的理论和实际意义。
1.2 研究目的研究目的是基于单片机的智能温室大棚系统设计与实现。
通过研究，旨在利用现代科技手段提高温室大棚的自动化程度，提升温室作物的生产效率和质量。
具体目的包括：1. 设计一套智能温室大棚系统，实现温室环境监测、控制和调节功能，实现对作物生长环境的精细化管控；2. 研究温室大棚系统中的传感器和执行器的选择、布局及调试方法，确保系统的稳定性和可靠性；3. 开发相应的软件模块，实现对温室大棚的智能控制，包括自动化灌溉、通风、照明等功能；4. 测试系统的性能，评估系统在实际作物种植环境中的使用效果和稳定性；5. 为农业生产提供更加智能、高效的技术手段，推动农业现代化发展，提升粮食生产能力和质量。
1.3 研究意义智能温室大棚系统的研究意义主要体现在以下几个方面：智能温室大棚系统的设计与实现能够有效提高农作物的产量和质量。
通过智能温室大棚系统，我们可以实现精确的环境控制，包括温度、湿度、光照等参数的实时监测和调节，从而为作物提供更适宜的生长环境。
基于物联网的农业温室大棚智能控制系统研究
基于物联网的农业温室大棚智能控制系统研究摘要：随着农业现代化的推进，基于物联网的农业温室大棚智能控制系统逐渐成为提高农业生产效益和资源利用效率的重要手段。
本文旨在对综合应用物联网技术的智能控制系统的研究，希望能够实现对温室大棚内环境参数的实时监测、数据传输、智能调控，从而优化作物生长条件，提高产量和质量。
关键词：物联网；农业温室；智能控制系统；环境监测引言随着全球人口的不断增长和气候变化的影响，农业生产面临着越来越大的挑战，为了提高农业生产效益、降低资源浪费，以及实现精准农业管理，农业温室大棚的智能化和自动化成为农业现代化发展的必然趋势。
传统的农业生产方式难以适应当今高效、可持续的发展需求，因此，利用物联网技术构建智能控制系统，成为提高农业生产水平的重要途径。
1物联网在农业中的应用物联网在农业中的应用，是通过连接各种农业设备和传感器，实现实时数据采集、远程监测和智能控制，以提高农业生产效率和管理精度。
首先，物联网在农业中广泛应用于环境监测。
各类传感器可以实时监测土壤湿度、温度、光照等环境参数，将数据传输至云端进行分析，为农民提供科学的决策依据，这有助于优化作物的生长环境，提高产量和质量。
其次，物联网在农业设备的智能化方面发挥了关键作用。
传感器和智能控制系统的应用使得农机具、灌溉系统等设备能够根据实时监测数据进行智能调节和优化操作。
例如，智能化的植保无人机能够根据农田实时的植被状况，精准喷洒农药，提高防治效果的同时减少农药的使用量，降低对环境的影响。
2农业温室大棚智能控制系统设计2.1传感器与数据采集传感器广泛布置在温室大棚内，涵盖土壤、气象和作物等多个方面，土壤湿度传感器、温度传感器、光照传感器等用于实时监测环境参数，而作物生长状况的传感器用于收集作物的生理信息，这些传感器通过物联网技术实现数据的实时传输。
数据采集系统负责对传感器获取的大量数据进行整合、存储和处理。
通过在温室大棚中建立数据采集节点，可以实现对各个传感器数据的集中管理，这些数据不仅用于实时监测温室大棚的当前状态，还可用于历史数据的分析，为农业生产提供科学依据。
基于ZIGBEE技术的温室环境远程监测系统
农 机 化 研 究
第 ７期
基 于 ＺＧＢ Ｅ 技 术 的 温 室 环 境 远 程 监 测 系 统 Ｉ Ｅ
米海 涛 ，付 立思
（ 阳农 业 大学 信 息 与 电气 工 程 学 院 ，沈 阳 １ ０ ６ ） 沈 １ １ １
摘
要 ： 对 ＺＧ Ｅ Ｉ Ｂ Ｅ网络 搭 配 Ｇ Ｒ Ｐ Ｓ网络 架构 的温 室 环境 信 息 远 程监 测 系 统进 行 了设计 ， 着重 讨 论 了适 合 温 室 现
功耗 、 数据 速 率 、 成 本 的无 线 网络 技 术 ， 低 低 主要 适 用 于控 制 和传 感方 面 的应 用 。 相 比其他 无线 传 输 技 术 ，Ｉ Ｂ Ｅ的 优 势 在 于 ： ＺＧ Ｅ 功
收 稿 日期 ：２０ ０ ９—１ ０—１ ９
网络及上位机 的协议和软件设计不作为本文重点 。
数 据 中心 统一 观 察 。 为 了实 现 这 些 功 能 ， 要 解 决 的 需
近 年来 ， 于 ＩＥ ８２ １ ． 议 标 准 的 ＺＧ Ｅ 基 Ｅ Ｅ ０ ．５ ４协 ＩＢ Ｅ
技术 日渐成熟 ， 极大地推动 了无线传感器 网络走 向实
用 ， 无线 传 感器 网络 技 术 应 用 于农 业 自动 控 制 也 具 把
提 供 了三 级 安 全 模 式 ， 够 灵 活 确 定 其 安 全． 性 ； 能 属 高
容 量 ， 多可 组 成 ６ ０ 最 ５ ０个节 点 的 大 网 ； 执照 频段 。 ０ 免
上第一个无线葡萄园， 并获得 了成功。不过 由于技术 上的局 限、 技术规 范的不统一 、 大规模 应用上 存在瓶
成 本 低 ， 于实 施 ， 以满 足要 求 。 易 可 本 文将 着 重讨 论 ＺＧ Ｅ Ｉ Ｂ Ｅ网 络 部分 的设 计 ， Ｐ Ｓ ＧＲ
基于ZigBee技术的无线大棚温湿监控系统
基于ＺｉｇＢｅｅ技术的无线大棚温湿监控系统作者：陆楠郭勇来源：《现代电子技术》2008年第15期摘要：大棚温湿度检测与控制是当前农业自动化的热点问题之一，基于ZigBee技术的无线大棚温湿度监控系统能够满足大规模大棚温湿度监控系统所提出的低功耗、低成本以及方便后期规模扩展等要求，实现了真正意义上的无人值守，能够对各大棚的温、湿度进行自动监控与调整，具有一定的工程实际意义和市场价值。
关键词：温湿度；监控；ZigBee技术；CC2430；SHT15中图分类号：TN92 文献标识码：B 文章编号：1004373X(2008)1509803Wireless Measurement and Control System for Greenhouse′s Temperatureand Humidity Based on ZigBee TechnologyLU Nan,GUO Yong(College of Information Engineering,Chengdu University of Technology,Chengdu,610059,China)Abstract：Greenhouse′s measurement and control is one of the most popular issues in agriculture automatization. Wireless measurement and control system for greenhouse′s temperature and humidity based on ZigBee technology can satisfy the request of low power consumption,low cost and scale expanding afterward,realize the real self-service,it can control and regulate every greenhouse′s temperature and humidity,so it has project practicality and vendibility.Keywords：temperature and humidity;measurement and control;ZigBee;CC2430;SHT15我国是农业大国，目前大棚养殖已成为我国一些农村的重要产业，是当地农民的主要经济来源，大棚养殖逐渐呈现大规模、集团化的特点，因此无人值守的大规模大棚自动温湿监控系统具有较高的实际应用价值。
基于ZigBee的大棚环境监测系统设计
基于ZigBee的大棚环境监测系统设计陈国绍;丁莉;王中生【摘要】Aiming at the requirement of agricultural development, the ZigBee and serial port communication technology are used to transmit the data from greenhouse to the monitoring system. With this, the growers can timely know the greenhouse environment and control the greenhouse environment according to the received data. The upper computer program is developed with . The temperature and humidity data is received by the sensor and transmitted to the upper computer through the serial port by the ZigBee wireless communication module, and then the data is stored by the monitoring software of the upper computer and the temperature and humidity data is real-time displayed. When the data is over the threshold value, the system will give an alarm. The experiment result shows that the wireless sensor network monitoring system based on ZigBee has the characteristics of low power consumption, small volume, simple and convenient, and more suitable for the development of modern agriculture.%针对当前农业发展的需要，通过采用ZigBee与串口通信技术将温室信息实时传输到监测系统，使种植者可以及时了解大棚环境，并根据接收到的数据对大棚环境进行控制。
基于ZigBee的温室环境监测系统的设计
引言 Ｚ ｇ ｅ 由节 点和 Ｚ ｇｅ ｉＢ ｅ路 ｉＢ ｅ协 调器只 用来 发送 和 接收 数据 ， ｉＢ ｅ 在路 由节 点和 协 调器 节 农业是国家稳定的立足之本 ，随着现代化技术的发展，农业 Ｚ ｇ ｅ 端 节 点用 来采 集 数据和 发送 数据 。 点硬件 设 计 中只设 计到 电源模 块和 无线 收发 模块 ，Ｚｇ ｅ ｉＢ ｅ端节 点 现 代 化也 呈现 出了 强烈 的发 展势 头 。在 中 国北 方 大部 分地 区 ， 冬季以温室大棚种植蔬菜为主，而温室的环境是决定农作物生长 除 了具有 电源模 块和 发射 模块 之外 ，还要 具有 传感 器模 块 ，用 于 的抉 定性 条件 。 目前 ，温室 环境 大部 分 以手 工的方 式监 测环 境参 数据 的采 集 。端节 点的架 构如 图 ２所示 。 数，如温度计测量、湿度测量等 ，耗费了大量的人工和资金 。使 用无 线监 测可 以减 少人 工 ， 且减 少 了有线 数据采 集 的线 路铺 设， 并 而且 温室 中种 植 的作物 不 同，可 能 改动 已经 铺设 的有 线线路 。所 以 ，才有 无线 温 室环境 监测 系统 的设计 是有 必要 的 ，不仅 能够 实
２ Ｓｃ ｏ ｌ ｆ ｃ ａ ｉａ ｇ ｎ ｅ ｌｇ Ａｕ Ｏ ｌ ｎ Ｘ ｈ ａ Ｕｎｖ ｒ ｉ ， ｅ ｇ ｕ ６ ０ ９ Ｃｈ ｎ ； ． ｈ ｏ ｏ Ｍｅ ｈ ｎｃ ｌ Ｅｎ ｉｅ ｎ ＆ ｔ ｍａ ｉ ， ｉ ｕ ｉｅ ｓｔ Ｃｈ ｎ ｄ １ ３ ， ｉａ ｒ ０ ｙ ０
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基于ZigBee技术的智能农业大棚的研究
【摘要】智能农业控制通过实时采集农业大棚内温度、湿度信号以及光照、
土壤温度、土壤水分等环境参数，自动开启或者关闭指定设备;可以根据用户需
求，随时进行处理。本文提出了利用ZigBee技术进行无线传感的智能农业大棚
设计，为农业生态信息自动监测、对设施进行自动控制和智能化管理提供科学依
据。
【关键词】ZigBee;智能;农业大棚;物联网
一、概述
“物联网”被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。业内
专家认为，物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本;另一方面可以为全
球经济的复苏提供技术动力。
智能控制是为了达到节能、舒适、便利的目的，要求对市政、家庭、农业等
的智能控制和监视制定细致的策略和方案。但是，传统的智能控制系统由于很多
因素的制约，很难达到要求。为了解决这些问题，业界尝试了很多办法，但基本
上都属于封闭式的，多采用私有协议，彼此间难以互通，导致结构不透明，灵活
性、扩充性不佳。从长远看，智能控制系统的发展趋势是走向开放，尤其是智能
控制与互联网的融合是其中一个重要发展趋势。
二、智能农业大棚的应用分析
通过对农业大棚内的温湿度信号、光照度以及土壤的水分等参数的采集，能
够根据用户设定的参数，自动开启或关闭设备，来达到大棚内的参数平衡。这样，
可以实现农业生态信息的自动监测，对大棚内设施进行自动控制和智能化管理。
大棚监控及智能控制解决方案是通过光照、温度、湿度等无线传感器，对农
作物温室内的温度，湿度信号以及光照、土壤温度、土壤含水量、CO浓度等环
境参数进行实时采集，自动开启或者关闭指定设备（如远程控制浇灌、开关卷帘
等）。在每个智能农业大棚内部署空气温湿度传感器2只，用来监测大棚内空气
温度、空气湿度参数;每个农业大棚内部署土壤温度传感器2只、土壤湿度传感
器2只、光照度传感器2只，用来监测大棚内土壤温度、土壤水分、光照度等参
数。所有传感器一律采用直流24V电源供电，大棚内仅需提供交流220V市电即
可。 每个农业大棚园区部署1套采集传输设备（包含中心节点、无线3G路由
器、无线3G网卡等），用来传输各农业大棚的传感器数据、设备控制指令数据
等到internet上与平台服务器交互。 在每个需要智能控制功能的大棚内安装智能
控制设备1套（包含一体化控制器、扩展控制配电箱、电磁阀、电源转换适配设
备等），用来传递控制指令、响应控制执行设备。实现对大棚内的电动卷帘、智
能喷水、智能通风等行为的实现。
三、系统架构研究
1、总体架构
系统的总体架构分为传感信息采集、视频监控、智能分析和远程控制四部分。
2、传感信息采集分析：
数据采集系统，主要负责温室内部光照、温度、湿度和土壤含水量以及视频
等数据的采集和控制。数据传感器的上传采用ZigBee无线传感模式。 传感器的
数据上具有Zigbee模式和RS485模式两种，RS485模式中数据信号通过有线的
方式传送，涉及大量的通讯布线。而在Zigbee传输模式中，传感器数据通过Zigbee
发送模块传送到Zigbee中心节点上，用户终端和一体化控制器间传送的控制指
令也通过Zigbee发送模块传送到中心节点上，省去了通讯线缆的部署工作。中
心节点再经过边缘网关将传感器数据、控制指令发送到上位机的业务平台。用户
可以通过有线网络/无线网络访问上位机系统业务平台，实时监测大棚现场的传
感器参数，控制大棚现场的相关设备。Zigbee模式具有部署灵活、扩展方便等优
点。所以，在这里我们采用的是Zigbee模式。
3、控制系统分析：
控制系统主要由一体化控制器、执行设备和相关线路组成，通过一体化控制
器可以自由控制各种农业生产执行设备，包括喷水系统和空气调节系统等，喷水
系统可支持喷淋、滴灌等多种设备，空气调节系统可支持卷帘、风机等设备。 采
集传输部分主要将设备采集到的数值传送到服务器上，现有大棚设备支持3G、
有线等多种数据传输方式，在传输协议上支持IPv4现网协议及下一代互联网
IPv6协议。 业务平台负责对用户提供智能大棚的所有功能展示，主要功能包括
环境数据监测、数据空间/时间分布、历史数据、超阈值告警和远程控制五个方
面。用户还可以根据需要添加视频设备实现远程视频监控功能。数据空间/时间
分布将系统采集到的数值通过直观的形式向用户展示时间分布状况（折线图）和
空间分布状况（场图）、历史数据可以向用户提供历史一段时间的数值展示;超阈
值告警则允许用户制定自定义的数据范围，并将超出范围的情况反映给用户。
四、智能农业大棚主要功能
1、数据采集
能够对智能农业大棚内的数据进行无线采集，可以采集内部的温湿度、光照、
以及土壤的水分等参数。
2、视频监控
用户能够实时地通过电脑或手机进行监控，观察大棚内作物生长状况。
3、数据存储
系统能够对历史数据进行保存，以便日后对这些数据进行分析，方便日后查
询。
4、数据分析
系统将采集到的数据进行曲线图或柱状图分析，生成报表，根据分析后的数
据，可以由此判断出在什么条件下更适宜农作物的生长，为以后种植的提供依据。
5、远程控制
只要能够联网，在任何时刻都可以对大棚内的设备进行远程控制，以调节内
部的参数。
6、超限报警
用户可以自行设置超限值，当参数越过超限值时，可以通过监控器或手机进
行实时报警，以便及时提醒用户。
五、结束语
随着物联网的普及，智能农业大棚将会在以后扮演越来越重要的角色。对农
业生产起着非常重要的作用，同时也会推动农业经济的发展以及农业信息化的发
展。
参考文献：
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果菜;2010年08期
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2012
58.9673
171.9818
48.6455
2013
61.1381
179.3953
51.3626
数据来源：国家统计局网站
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最后，希望在本文的帮助下，新手设计师可以在Solidworks 2013软件平台
下逐渐进入角色，越来越顺利。
参考文献：
[1]黄成.Solidworks2010中文版完全自学一本通[M].北京：电子工业出版社，
2011.