2023年6月28日发(作者：)

计算机工程应用技术信息与电脑China Computer&Communication2018年第18期基于Android和ZigBee技术的智能农业大棚研究李玉林 冯 燕 许婧祺（湖南机电职业技术学院，湖南 长沙 410151）摘　要：为有效实现对农业大棚种植的实时科学监控，切实保障农作物质量，并尽可能提高产量，同时促使农业大棚种植实现规模化发展。笔者运用ZigBee技术并依托Android系统，灵活选用温度传感器、光照传感器及通信传输模块等，设计了一种性能卓越的智能农业大棚。在方便传输各项信息数据交互的基础上，有效完成了对农业大棚的智能化、精准化控制。关键词：Android；ZigBee技术；智能农业大棚中图分类号：TP277  文献标识码：A  文章编号：1003-9767（2018）18-014-03Research on Intelligent Agricultural Greenhouse Based on Android and

ZigBee TechnologyLi Yulin, Feng Yan, Xu Jingqiensuring

Abstract:

greenhouse planting. This paper will design a kind of intelligent agricultural greenhouse with excellent performance by using ZigBee

the quality

In order to effectively realize the real-time scientific monitoring of agricultural greenhouse planting, while effectively

(Hunan Mechanical & Electrical Polytechnic, Changsha Hunan 410151, China)of crops, and as far as possible to improve its yield, promote the large-scale development of agricultural

technology and relying on Android system, flexible selection of temperature sensor, light sensor and communication transmission

of agricultural greenhouse can be effectively . Therefore, on the basis of facilitating the interactive transmission of information and data, the intelligent and precise control

Key words: Android; ZigBee technology; intelligent agricultural greenhouse.１　引言按照从下往上的顺序依次为操作系统层、安卓环境运行库、近年来，我国农业生产规模逐渐扩大，集中化管理成为Java程序及Java框架层[1]。用户可以根据自身需要任意对顶农业生产的一大必然趋势。在此过程中，通过合理运用各种层应用软件进行修改，在Android系统中最为核心的基础层是智能化电气机械设备，如传感器、执行器等，可以自动完成Linux内核层，主要负责为系统提供内存与系统进程管理等众各项农业种植生产信息数据的采集与传输。经过专业数据处多核心服务，使得系统硬件可以同软件间实现高效通讯。理软件的分析处理下可以有效帮助种植管理者实现对农作物2.2 ZigBee技术生长环境及农作物生长状态的精确调控，达到优化种植成效ZigBee技术从本质上来说是一种双向无线通信技术，因的目的。因此，研究基于Android及ZigBee技术的智能农业其具有功率及速率相对较低、成本低廉等众多优势，被广泛大棚及其设计，具有十分重要的现实意义。应用在距离相对较短、传输速率与功耗均相对较低的电子设２　Ａｎｄｒｏｉｄ系统与ＺｉｇＢｅｅ技术的概述备数据传输中。不仅如此，ZigBee技术体积较小且支持自动2.1 Android系统组网，便于布局，强调大量节点进行群协作，网络自愈能力良好，即使某一节点出现故障或异常现象，整体任务仍可以由Google公司开发设计的Android操作系统，其内核采正常运行。在设计智能农业大棚时，除了运用Android系统用Linux，同时运用Java语言开发设计界面。经过多次升级换之外，还将灵活运用ZigBee技术，将ZigBee节点同传感器代与Bug修复，当前最新的Android系统架构为四层架构，与执行器相互连接，有效完成数据信息的无线传输。基金项目：湖南省教育厅科学研究项目“基于Android和ZigBee技术的智能农业大棚研究”（项目编号：16C0572）。作者简介：李玉林（1981-），男，湖南永兴人，硕士研究生，讲师。研究方向：计算机网络管理。—　　　１４　　　—信息与电脑2018年第18期China Computer&Communication计算机工程应用技术３　智能农业大棚的硬件设计至外围控制器。进行数据传输时，GPRS芯片和SIM900芯3.1 温/湿度传感器片的相互连接，使得处理器可以精准分析协议数据的准确性，进一步保障实时数据传输的精准无误。笔者所设计的智能农业大棚将通过在适当位置处安装温湿度传感器，有效采集农业大棚温度与湿度信息数据，帮助3.5 ZigBee网络通讯模块管理人员根据农作物生长的实际需要对棚内温湿度环境进行在运用ZigBee技术下，该智能农业大棚的数据传输精确调控，切实保障农作物的茁壮成长。此过程中，笔者将等功能均需要在ZigBee网络中完成。该网络的上层协议为选用SHT11温湿传感器，该传感器体积小巧且拥有较高的集ZigBee协议栈并参照国际标准，因此具有较高的安全可靠成度和卓越的使用性能，不易受到外界因素的干扰影响，且性，不会出现大量功耗，并且网络拥有较强的自恢复能力。响应速度快，比较适用于实时采集、传输大棚内温度与湿度为使得ZigBee网络性能得到进一步提升，使其更好地为智能参数。该芯片主要由能隙材料制作而成的测温元件与电容性农业大棚测控提供核心服务，笔者将设计采用ZICM2410模聚合体测湿敏感元件各一个组合而成，同时芯片当中有一个块，作为集成CPU的单片ZigBee芯片，主要构件包括硬连14位A/D转换器由串行接口电路连接着主芯片，当完成温线MAC、一个带有基带modem的射频收发器及一个微控制湿度参数的精准采集后将自动进入数据传输操作。器[2]。该内核单芯片共计拥有22个GPIO，接口类型包括主3.2 光照传感器从SPI、2路UART及I2S/PCM，其速率可以达到ZigBee网络下250 kbps，而最低睡眠电流不超过1 μA，因此功耗相考虑到光照强度会对农作物生长直接产生影响，因此在对较低，可有效满足智能农业大棚的网络通讯需求。农业大棚监管当中，为了能够实时了解农业大棚的光照情况，判断农作物的具体生长状态与生长环境，在设计智能农业大４　智能农业大棚的软件设计棚时还选择适应BH1750FVI作为光照传感器，用以采集和4.1 系统总体流程传输农业大棚光照参数。BH1750FVI光照传感器当中设置了笔者所设计的智能农业大棚在开始运行时，首先需要进16 bit A/D转换器，可直接完成数据的采集与传输，无需标行初始化操作，随后安装在农业大棚各处的温湿度传感器、定与复杂的计算，光照度范围在0～655 35 1x，几乎等同于光照传感器等将负责实时采集当前农业大棚中的温湿度参视觉灵敏度的分光特性，具有较高的测量精准度。此外，在数、光照参数等。当GRPS模块成功接收Android用户命令后，芯片当中还含有可以直接连接5 V单片机IO的通信电平转该指令将直接传输至STMl15x微控制器，由其负责下达数据换模块，其较高的分辨率能够对传感器对整个农业大棚中的处理执行命令。此时系统将自动对比分析传感器采集得到的光照强度变化进行精准捕捉。各项信息参数与标准参数值，判断农业大棚中的温湿度及光3.3 微控制模块照是否符合标准规定，随后经由控制驱动电路将判断接口传输至GPRS模块，在数据发送接口的作用下直接显示给管理在运用模块化设计理念下，笔者所设计的智能农业大棚人员，使其可以实时精准地控制整个农业大棚。系统中最为核心的部件便是微控制器。微控制器主要负责对事件快速反应及迅速、精准地完成对整体系统的控制工作。4.2 手机软件功能并且微控制器选择使用的是STM32l15x系列芯片，这是由于为方便用户对农业大棚进行远程智能操控，在设计智能此类芯片具有较快的运行速度和较大的存储容量，其主频为农业大棚系统时还选择使用了Android系统作为远程控制平72 MHz可有效存储128 kB的程序。在芯片内部设有一个转台。用户可以通过手机等移动客户端上下载安装格式为.apk换速率为25 MHz的ADC转换器及一个12通道的DMA控的APP软件，利用云服务作为中转，将APP软件同农业大棚制器，芯片中设有众多扩展性较高的定时器，其外部周围则中的各项硬件设备进行远程连接，便于用户直接利用手机控制拥有丰富的电路接口，仅通用I/O口便有48个，通信接口类农业大棚。以农业大棚中的卷帘和排风系统的远程控制为例，型多达数10种，为现有农业大棚中的各项设备及后续升级Android软件设计总共包括用户登录和用户功能控制两个设计设备提供充足接口。部分。当用户登录进入到Android软件中后，一旦显示登录成3.4 GPRS模块功，软件将自动与服务器进行有效连接，此时软件将直接显示功能界面。界面设计主要包括两大部分，分别为系统刷新模式为顺利完成数据的打包与解包，进一步提高各项信息及控制功能区。在系统刷新模式中，用户可以根据自身实际需参数的传输效率。笔者在设计智能农业大棚系统时，还设计要选择自动刷新或手动刷新模式。而在控制功能区则被细分成SIM900芯片作为GPRS模块的核心芯片，同时为这一模块卷帘功能及排风功能，每个功能均对应着相应农业大棚。如果设置了标准串行通信总线接口，在避免增加开发难度的基础系统通过分析传感器数据判断棚内温度过高即温度在24 ℃以上能有效调试和运用通信模块。在该芯片的作用下，GPRS上时，系统将会自动运行卷帘机或是排风系统降低农业大棚中模块能够在接收到外围控制器传输的数据后立即对其进行打的温度。假如系统通过分析传感器数据判断棚内湿度在65%包处理并传送至基站，并且可以同时将基站传输的数据反馈以上时，同样会自动开启排风系统用以迅速蒸发农业大棚中蕴—　　　１５　　　—计算机工程应用技术信息与电脑China Computer&Communication2018年第18期含在空气当中的水分，使得整个大棚成为一个完整的自适应闭密码才可进入到功能界面。在用户成功登录进入功能界面后，环系统，方便用户实时调控农业大棚[3]。界面将自动显示当前端口及其连接和断开状态。所对应的设５　系统测试与分析备编号如大棚1、大棚2及大棚3等下方位置处将依次显示出当前农业大棚的具体温湿度和光照度，同时界面中还会显5.1 硬件模块测试示排风、卷帘等系统的开关状态。用户可根据自身实际需要依照上述设计方案并严格按照国家相关设计规程下，对农业大棚中的各项关键参数进行随时读取，并任意操控系运用标贴元件设计智能农业大棚系统各节点，使各元件引脚统各项控制功能。可以免受穿线所造成的噪声影响。规范选用精度较高的电阻６　结　语与电容等元件下，使射频收发器频率能够保持较高的精度。笔者通过采用Android系统平台与ZigBee技术进行智能在依次完成系统硬件设计安装并对线路能否正常运行进行严农业大棚的设计，并在后期开展实际测试，证明用Android格检查之后，发现整个系统控制电路消耗电流始终不会超过300 mA，芯片连接完全正常。温湿度同光敏节点及光照度等手机可以对大棚内的环境温湿度参数及光照参数等进行实时准确地读取，且参数误差相对较小。同时，系统设计了自动共同构成了ZigBee网络拓扑。现场监测中，系统可以对传感与手动两种模式，一方面可以通过自动对比传感器采集的实器所采集得到的各项相关信息参数进行实时、精准地显示。际参数信息与标准参数值，判断大棚实时环境情况并自动报5.2 软件功能测试警。另一方面支持管理人员依照实际需求手动设置系统状态，在系统软件功能测试中，主要对微控制器软件程序及精准完成对农业大棚的有效控制。Android手机远程进行测试。首先，由于传感器节点的软件开发环境为IAREW，因此在对部分软件功能进行测试的过参考文献程中，可以明确发现，当传感器完成农业大棚温湿度参数、[1]林伟.基于Android平台的远程智能农业大棚控制系光照强度参数等采集后，微控制器将通过执行相应数据处理统设计[D].哈尔滨:哈尔滨理工大学,2017.软件对采集得到的参数进行解析，并以数字或图表的形式传[2]张文霞,王圆,张凯,等.基于ZigBee无线网络的输至串口助手，直接展示给管理人员。而在Android手机软智能农业温室大棚管理系统的设计与实现[J].中国农机化学件测试中，通过在远程服务器中规范完成开放IP及固定端口报,2016,37(6):247-250.的设置之后，利用Android手机进行连接，登录界面后输入[3]徐鸽.基于ZigBee的智能农业大棚监控系统设计[D].默认的用户名与密码，此时系统显示需要正确输入登录名与长沙:湖南农业大学,2014.（上接第13页）目标值进行相互比较后出现了较大偏差，因此目前不能对故点电压以及电流值进行全面精准采集并对其进行相应处理，障类型进行准确判断[3]。在采用前文介绍的智能信息融合下使输出可以作为独立的证据体，在进行证据融合下便可以准的模拟电路故障定位方式后，对所有故障的基本概率分配函确、高效地完成故障定位和故障诊断工作。因此，证明基于数进行精准计算，并代入电路的相关数值后计算出经过智能智能信息融合的模拟电路故障定位具有较高的应用价值。信息融合后的信任度函数。在此基础上进行故障诊断可知，样本1、样本2与样本3中存在故障问题的电路电阻分别为R4、R5以及R6，这主要是相比于其他电路电阻，这3个电参考文献路电阻的电阻值出现了±50%的明显变化。相比于传统的故[1]韩继人.基于信息融合的非线性模拟电路故障诊断研障定位方式，采用智能信息融合的模拟电路故障诊断更为精究[D].哈尔滨:哈尔滨理工大学,2016.准，诊断结果的可信度也更高。[2]赵建松.模拟电路故障的诊断及检测技术[J].产业与科技论坛,2017,16(3):59-60.４　结　语[3]刘红,孙爽滋,王庆元,等.基于PSO的模拟电路故通过分析研究可知，在诊断模拟电路故障并进行故障定障信息特征提取[J].吉林大学学报,2015,45(2):675-680.位的过程中，合理运用智能信息融合技术，对各激励下的节—　　　１６　　　—