洪泽湖农业园区果蔬种植环境物联网监控终端开发(附件)
为实现果蔬种植生产过程对农作物种植环境的实时监测，实现产量高、品质好、保护生态、绿色发展的现代农业理念，本文针对洪泽湖农业园区果蔬种植环境开发一款环境监控终端系统，系统包括数据采集、数据处理、电源等模块。在IAR 810环境下移植Z-Stack 2007协议栈并进行代码编译与仿真调试，调试成功后将代码下载到CC2530芯片里，建立ZigBee无线通信网络，将温湿度传感器所采集到的数据通过ZigBee无线通信实时通过串口发送给PC端上位机并显示出来，采集农业园区大田种植、蔬菜培育等场景信息，实时监测农业园区的环境温湿度等，实现果蔬种植生产过程对农作物种植环境的实时监测。关键词 传感器，DHT11，ZigBee无线通信，物联网
目 录
一．引言 1
1．1 课题研究背景及内容 1
1．2 国内外研究现状 2
二．系统总体结构 3
三．硬件系统设计 5
3．1 数据采集模块 5
3．2 数据处理模块 6
3．3 电源模块 9
四．软件系统设计 10
4．1 ZigBee无线开发平台 11
4．2 ZigBee协议栈 12
4．3 OSAL操作系统初始化 14
4．4 无线传感器节点设计 15
五．系统测试 23
总 结 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
一．引言
1．1 课题研究背景及内容
随着人口的不断增长和中国耕地的减少，发展设施农业、智能农业实现农业可持续发展是当今社会面临的一个难题。设施农业具有一定的设施，可以在一定范围内改善环境和气象因素，为植物生长发育提供良好的环境条件[1]，在改善农产品的基础上实现资源节约和环境保护。智能农业指的是在农产品的生产过程中，通过智力技术知识和各种类型的高科技信息的整理与合成、分析，从而使得信息和核心技术成为农业发展的基础和核心，由此而衍生出一个以信息和技术咨询服务为基础的农业新产业线，对农业的増长的贡献极为重要[2]。物联网信息化、智能化技术与设施农业、智能农业相结合，必将成为实现农业现代化发展的必由之路和 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
重要途径。
在自然经济中，传统农业是一种以人力为主要劳动力、手工工具和铁制农具为辅助的体力劳动模式，己经不能满足现代农业产量高、品质优、效率好、生态环保、安全的要求。为了提高农业资源的利用效率，改善农村环境，继承农耕文化，提高产量，减少浪费，消除污染，我们采用农业信息传感设备连接物理部分，使农业中的动植物、环境信息、生产工具状态信息等通过物联网网络进行通信。农业物联网智能化的方式主要有智能识别、精准定位、跟踪、实时监控和管理的网络。实现“人与机器”的整合，有助于人类认识、管理和控制农业原料，极大地提高人类对农牧动物生命的认识能力、控制能力与农业突发事件的处理能力。传统农业在给农作物浇水灌溉、施放肥料和打农药完全依靠经验和感觉，如今，物联网因政府的政策和企业的大力投入与支持使得与其相关的产业正在飞速发展，物联网已经发展到各个领域。
本文针对洪泽湖农业园区果蔬种植环境开发一款果蔬种植环境监控终端系统，采集农业园区大田种植、蔬菜培育等场景信息，实现果蔬种植生产过程对农作物、土壤环境的实时监测，实现高产、优质、生态、绿色的现代农业发展。
1．2 国内外研究现状
物联网是“由物体和物体之间相互连接的互联网络”，物联网是一种通过各种感知设备和系统、条形码和二维码、全球定位系统和约定的通信协议实现智能识别、定位、跟踪、监视和管理的。事物和事物，人和事物，人和人，通过各种接入互联网和其他网络。在这个网络中，每一个物件都可以被寻址，每一个物件都可以得到控制与被控制，每一个物件都可以进行互相通信。随着计算机通信、传感器网络等新兴技术的飞快发展，物联网在农作物环境监测系统中的利用已成为当前社会智能农业的发展趋势，实现农业生产中的空气温湿度、光强强度、土壤温湿度、CO2浓度等农作物生长环境中信息的利用，从而实现农业智能化生产。
自从美国麻省理工学院Kevin Ash教授提出“物联网”的概念后，西方和发达国家就开始探索物联网在农业领域中领域的应用。1997—2005年，国际电信联盟(ITU)发布了7份有关“ITU互联网”方面的研究报告，报告从硏究互联网移动互联网对电信发展的影响的角度，认为这个世界即将孵化出一个无所不在的“物联网”，对物联网的初步概念的进行了系统性的构建：世界上一切的人和事物都可以实现人与人、人与物、物与物之间的信息互动。农业物联网在农业生长环境监控方面提供了新的思路，实现了农业生长环境的远程数据监测与控制。英特尔在俄勒冈建立一个基于无线传感器网络的葡萄园，研究人员在葡萄园区不同的区域放置土壤温湿度传感器，通过实时监测葡萄生长土壤的温湿度，并由ZigBee无线网络将数据上传到主控制器，做到及时控制环境的响应参数[3]。K.Lokesh Krishna(2014)等设计并实现了一种基于物联网（IoT）的新型无线移动机器人，用于在现场进行各种操作，这个无线机器人配备了各种传感器，用于测量不同的环境参数还包括用于执行整个过程的Raspberry Pi 2 B型硬件，主要特点是可以执行湿度感应，鸟类和动物的惊吓，喷洒杀虫剂，前进或后退以及打开/关闭电动机等任务，机器人装有无线摄像头以实时监控活动[4]。Pradorn Sureephong(2016)研究探讨了基于物联网湿度前端探测器（IoTWFD）集成系统的原型设计，重点研究了如何增强智能灌溉系统基于物联网的湿度前端探测器设计，采用2种传感器进行实验研究，以检测湿式前沿即频域反射式传感器（FDR）和基于电阻的传感器（RB），并采用低成本WFD进行设计，这项研究的结果指向IoTWFD，作为一项适用的技术，在农业用水管理方面积极提供实时润湿前沿信息，精确农业和高效灌溉领域的相关决策知识与技术相匹配[5]。K.A.Patil和N.R.Kale提出了智能农业模型，开发温度，湿度，pH等土壤性质实时监测系统，并实施病虫害预警决策支持咨询模型，利用图像分析和基于SMS的警报作物病害识别，随时随地通过移动互联网和Web应用程序远程控制农作物生长环境的功能操作。
目前，我国农业技术界已经在农业信息数据处理、农业信息管理、农业决策流程规范、生产过程实时操控、计算机网络构架与建设等方面取得了相应的成果。周良(2009)等的研究团队设计了一种基于ZigBee和嵌入式技术的农田信息实时监测系统，该系统利用ZigBee组建的无线传感器通信网络收集耕地信息[6]。如AT89C52单片机的综合运用、温湿度检测、报警电路、显示电路等，实现温室植物生长温度、湿度和土壤温湿度的检测与监控，实时处理超过正常温度和湿度范围时的紧急情况，更好地控制温室环境。2015年6月，海南在海口市秀英区石山镇建立了互联网农业城，首个智慧农业小镇“石山互联网农业小镇”是朗坤集团基于“互联网+”的概念、思想和技术建成的，通过对全产业链的农业生产经营和服务操作模式，打造出一个新型的农业小镇。崔小彪（2017）以ZigBee的无线通信技术结合了GPRS远程控制技术，以太阳能清洁能源进行供电，搭建了一套智能自动化农作物节水灌溉系统，该系统可以实现实时监测土壤温湿度、空气温湿度，农民可以根据农作物种类，以及自身的需要，灵活地自行设置灌溉方案，为农作物提供最适宜的生存和生长环境，可以极大程度地保证农作物健康生长与增产[7]。李艳丽，廖晓娟（2017）等设计了一种基于ZigBee的温湿度监测系统，系统以无线射频芯片CC2530为核心设计了用于温湿度监测的无线传感器网络，对系统的硬件电路设计和温湿度传感器DHT11的选择作了说明，给出了协调器和终端设备的软件结构图，设计了上位机监测平台软件[8]。
目 录
一．引言 1
1．1 课题研究背景及内容 1
1．2 国内外研究现状 2
二．系统总体结构 3
三．硬件系统设计 5
3．1 数据采集模块 5
3．2 数据处理模块 6
3．3 电源模块 9
四．软件系统设计 10
4．1 ZigBee无线开发平台 11
4．2 ZigBee协议栈 12
4．3 OSAL操作系统初始化 14
4．4 无线传感器节点设计 15
五．系统测试 23
总 结 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
一．引言
1．1 课题研究背景及内容
随着人口的不断增长和中国耕地的减少，发展设施农业、智能农业实现农业可持续发展是当今社会面临的一个难题。设施农业具有一定的设施，可以在一定范围内改善环境和气象因素，为植物生长发育提供良好的环境条件[1]，在改善农产品的基础上实现资源节约和环境保护。智能农业指的是在农产品的生产过程中，通过智力技术知识和各种类型的高科技信息的整理与合成、分析，从而使得信息和核心技术成为农业发展的基础和核心，由此而衍生出一个以信息和技术咨询服务为基础的农业新产业线，对农业的増长的贡献极为重要[2]。物联网信息化、智能化技术与设施农业、智能农业相结合，必将成为实现农业现代化发展的必由之路和 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
重要途径。
在自然经济中，传统农业是一种以人力为主要劳动力、手工工具和铁制农具为辅助的体力劳动模式，己经不能满足现代农业产量高、品质优、效率好、生态环保、安全的要求。为了提高农业资源的利用效率，改善农村环境，继承农耕文化，提高产量，减少浪费，消除污染，我们采用农业信息传感设备连接物理部分，使农业中的动植物、环境信息、生产工具状态信息等通过物联网网络进行通信。农业物联网智能化的方式主要有智能识别、精准定位、跟踪、实时监控和管理的网络。实现“人与机器”的整合，有助于人类认识、管理和控制农业原料，极大地提高人类对农牧动物生命的认识能力、控制能力与农业突发事件的处理能力。传统农业在给农作物浇水灌溉、施放肥料和打农药完全依靠经验和感觉，如今，物联网因政府的政策和企业的大力投入与支持使得与其相关的产业正在飞速发展，物联网已经发展到各个领域。
本文针对洪泽湖农业园区果蔬种植环境开发一款果蔬种植环境监控终端系统，采集农业园区大田种植、蔬菜培育等场景信息，实现果蔬种植生产过程对农作物、土壤环境的实时监测，实现高产、优质、生态、绿色的现代农业发展。
1．2 国内外研究现状
物联网是“由物体和物体之间相互连接的互联网络”，物联网是一种通过各种感知设备和系统、条形码和二维码、全球定位系统和约定的通信协议实现智能识别、定位、跟踪、监视和管理的。事物和事物，人和事物，人和人，通过各种接入互联网和其他网络。在这个网络中，每一个物件都可以被寻址，每一个物件都可以得到控制与被控制，每一个物件都可以进行互相通信。随着计算机通信、传感器网络等新兴技术的飞快发展，物联网在农作物环境监测系统中的利用已成为当前社会智能农业的发展趋势，实现农业生产中的空气温湿度、光强强度、土壤温湿度、CO2浓度等农作物生长环境中信息的利用，从而实现农业智能化生产。
自从美国麻省理工学院Kevin Ash教授提出“物联网”的概念后，西方和发达国家就开始探索物联网在农业领域中领域的应用。1997—2005年，国际电信联盟(ITU)发布了7份有关“ITU互联网”方面的研究报告，报告从硏究互联网移动互联网对电信发展的影响的角度，认为这个世界即将孵化出一个无所不在的“物联网”，对物联网的初步概念的进行了系统性的构建：世界上一切的人和事物都可以实现人与人、人与物、物与物之间的信息互动。农业物联网在农业生长环境监控方面提供了新的思路，实现了农业生长环境的远程数据监测与控制。英特尔在俄勒冈建立一个基于无线传感器网络的葡萄园，研究人员在葡萄园区不同的区域放置土壤温湿度传感器，通过实时监测葡萄生长土壤的温湿度，并由ZigBee无线网络将数据上传到主控制器，做到及时控制环境的响应参数[3]。K.Lokesh Krishna(2014)等设计并实现了一种基于物联网（IoT）的新型无线移动机器人，用于在现场进行各种操作，这个无线机器人配备了各种传感器，用于测量不同的环境参数还包括用于执行整个过程的Raspberry Pi 2 B型硬件，主要特点是可以执行湿度感应，鸟类和动物的惊吓，喷洒杀虫剂，前进或后退以及打开/关闭电动机等任务，机器人装有无线摄像头以实时监控活动[4]。Pradorn Sureephong(2016)研究探讨了基于物联网湿度前端探测器（IoTWFD）集成系统的原型设计，重点研究了如何增强智能灌溉系统基于物联网的湿度前端探测器设计，采用2种传感器进行实验研究，以检测湿式前沿即频域反射式传感器（FDR）和基于电阻的传感器（RB），并采用低成本WFD进行设计，这项研究的结果指向IoTWFD，作为一项适用的技术，在农业用水管理方面积极提供实时润湿前沿信息，精确农业和高效灌溉领域的相关决策知识与技术相匹配[5]。K.A.Patil和N.R.Kale提出了智能农业模型，开发温度，湿度，pH等土壤性质实时监测系统，并实施病虫害预警决策支持咨询模型，利用图像分析和基于SMS的警报作物病害识别，随时随地通过移动互联网和Web应用程序远程控制农作物生长环境的功能操作。
目前，我国农业技术界已经在农业信息数据处理、农业信息管理、农业决策流程规范、生产过程实时操控、计算机网络构架与建设等方面取得了相应的成果。周良(2009)等的研究团队设计了一种基于ZigBee和嵌入式技术的农田信息实时监测系统，该系统利用ZigBee组建的无线传感器通信网络收集耕地信息[6]。如AT89C52单片机的综合运用、温湿度检测、报警电路、显示电路等，实现温室植物生长温度、湿度和土壤温湿度的检测与监控，实时处理超过正常温度和湿度范围时的紧急情况，更好地控制温室环境。2015年6月，海南在海口市秀英区石山镇建立了互联网农业城，首个智慧农业小镇“石山互联网农业小镇”是朗坤集团基于“互联网+”的概念、思想和技术建成的，通过对全产业链的农业生产经营和服务操作模式，打造出一个新型的农业小镇。崔小彪（2017）以ZigBee的无线通信技术结合了GPRS远程控制技术，以太阳能清洁能源进行供电，搭建了一套智能自动化农作物节水灌溉系统，该系统可以实现实时监测土壤温湿度、空气温湿度，农民可以根据农作物种类，以及自身的需要，灵活地自行设置灌溉方案，为农作物提供最适宜的生存和生长环境，可以极大程度地保证农作物健康生长与增产[7]。李艳丽，廖晓娟（2017）等设计了一种基于ZigBee的温湿度监测系统，系统以无线射频芯片CC2530为核心设计了用于温湿度监测的无线传感器网络，对系统的硬件电路设计和温湿度传感器DHT11的选择作了说明，给出了协调器和终端设备的软件结构图，设计了上位机监测平台软件[8]。
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