摘 要：本系统基于ZigBee技术，设计出了一套可对农作物的生长环境进行实时监测的系统。系统采用低功耗ZigBee技术和互联网技术两者相结合的方式，利用区域内布置传感节点对农田环境因子进行监测，数据通过wifi网关传输到监测终端，用户可以根据检测数据采取相应治理措施，以保证农作物生长环境的平衡，实现对农田环境的动态监测及科学管理。
关键词：ZigBee技术；互联网技术；农田环境监测；wifi
1 概述
中国是世界上的人口大国，也是农业大国，随着时代的进步，传统的农业耕作方式已经无法跟上时展的脚步，如何提高农业生产水平，已成为必须解决的问题。面对这样的问题各国都已做了相应的研究，科学种田和精准农业就是大家所研究的重点。在传统农业生产中，由于缺乏有效的农田环境监测手段，农民无法对农作物生长做出及时的调整，仅凭经验，生产效率低下。获取农作物生长环境信息，是实施精准施肥、精确灌溉等的重要依据，也是提高农田生产效率的重要条件[1]。
2 系统总体设计方案
农田环境监测系统主要由数据采集、数据传输、数据显示及控制系统等组成。利用一些传感器对农田环境中的土壤温湿度、空气温湿度、土壤PH值、作物生长实时画面等环境因子进行检测，数据被处理之后由上位机通过无线网络传输给下位机，在电脑和手机终端上进行显示和报警，实现对农田环境的远程监测。
3 系统各模块设计
3.1 wifi传输的设计
无线数据的传输是系统的关键所在，系统中各个传感器节点所采集的数据主要由wifi模块来向终端传输[2][3]。各个节点的传感器将环境因子采集后首先传入到ZigBee节点模块，然后ZigBee节点模块再通过串口将数据传送到协调器，协调器与wifi模块串口相连将数据包通过wifi模块以相应的地址传送到Internet网络，最终由终端接收，实现远程数据的传输。
3.2 报警器的设计
报警器件为蜂鸣器，报警模块主要用于当农田环境（如空气温湿度、土壤湿度等）出现异常情况时，即达到所设定的阈值时，系统会给报警电路一个触发，使蜂鸣器发声。并将信号传回到上位机，提示用户及时采取措施。
3.3 温湿度采集的设计
空气温湿度和土壤温湿度是农作物生长的重要条件，它直接影响作物的呼吸作用。系统选用DHT11温湿度传感器对空气温湿度进行检测[4]，采用YL-69土壤湿度传感器模块，对土壤的温湿度进行检测。两者都可直接测量温度和湿度，并且每个传感器设备都进行了精准的温、湿度校准检测，能够实现更加精准的监测。
3.4 灌溉系统的设计
精准灌溉系统主要用于定量的对农田实施灌溉，这里主要涉及灌溉水量的控制，本系统采用HX711与称重传感器组合实施。HX711是24位AD，称重传感器检测水量的实时变化，并将输出的模拟信号通过HX711AD转换芯片转换为数字信号，将数字信号通过串行方式发送给51单片机，由此单片机对水量进行控制，辅助灌溉系统的液晶界面上会显示出水量的当前值和已用水量值。从而，精确的计算出用户的用水量。
4 系统软件和显示终端
本系统中采用IAR EW8051作为本系统的主要软件开发平台[5]。终端分为两个部分：PC终端和移动手持终端。采用C++语言编写APP作为手持终端和PC终端的监测平台，只要终端连入Internet网络并输入相应的地址，监测平台上便可显示出农田环境的各个参数，做到监控数字化。
5 系统测试
5.1 温、湿度采集测试结果
测试时通过将DHT11测试与高精度的传感器测试结果对比，比较数据，温度误差在0.1度之内，湿度误差最大在1.7%左右，数值完全符合测试要求。
5.2 系统总体测试结果
本系统的多个传感器测试结果相对精确，反馈速度快，当有环境因素发生变化时，报警系统检测及时，同时，当农田出现区域性的干旱时，灌溉系统能及时的定量的进行灌溉，实现了自动灌溉的效果。对于摄像头图像采集部分，摄像头底座可360度旋转，摄像头可对周围环境全方位监测，整体效果良好。
6 结束语
本设计针对当前热门的ZigBee技术进行了研究，从农田种植环境实际出发，设计了以CC2530作为主控制器，51单片机作为辅助控制芯片的基于ZigBee技术的农田环境检测系统，经检测，本系统达到了对农田环境的实时监测，可向用户实时反馈当前的环境情况并可根据环境的改变而做出相应的举措。
参考文献
[1]刘洋，杨维.基于物联网的农田环境监测无线传感器网络的管理[J].农业工程学报，2011，27（8）：265-270.
[2]余成波，张一萌，张进，等.基于ZigBee的粮库环境监测系统[J].重庆理工大学学报（自然科学版），2010，5（2）：23-26.
[3]章伟聪，俞新武.基于CC2530及ZigBee协议栈设计无线网络传感器节点[J].计算机系统应用，2011，3（6）：19-23.
[4]敖诚博.基于ZigBee技术的温度数据采集监测系统的设计[D].长春：吉林大学，2010.
[5]战美玲.基于ZigBee无线传感器网络的仓储环境监控系统研究[D].济南：山东师范大学，2012.
