《基于OneNET的智慧農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)》10000字（論文）

第第頁共19頁基于OneNET的智慧農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)目錄TOC\o"1-3"\h\u第一章緒論 11.1課題來源及研究意義 11.2國內(nèi)外智能化農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及分析 11.2.1國家相關(guān)政策 11.2.2科技研發(fā)方面 21.2.3科技創(chuàng)新應(yīng)用方面 21.3國內(nèi)智能化農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及分析 31.3.1我國政策方面 31.3.2技術(shù)方面 31.3.3應(yīng)用方面 41.4本文的主要研究內(nèi)容 4第二章OneNET系統(tǒng)介紹及應(yīng)用 52.1OneNET功能簡述 52.2與OneNET云平臺的交互 5第三章智慧農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)設(shè)計 73.1硬件組成部分介紹 73.1.1ZigBee網(wǎng)絡(luò) 73.1.2硬件設(shè)計 93.2軟件組成部分介紹 103.3整體及具體功能方法介紹 12第四章智慧農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)在大棚溫室農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用分析 134.1智慧農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)實際應(yīng)用 134.2實際功能效果分析 14第五章本文總結(jié)與展望 155.1本文創(chuàng)新與總結(jié) 155.2本文展望 15結(jié)論 17參考文獻 19第一章緒論1.1課題來源及研究意義當(dāng)前，我國人均耕地面積不到全球平均水平的1/2，其中優(yōu)質(zhì)耕地和可以利用的耕地更少。對農(nóng)藥的過度依賴和濫用使耕地質(zhì)量愈加下降，全國每年都會爆發(fā)自然災(zāi)害，也對我國農(nóng)耕造成不可挽回的損失。農(nóng)業(yè)作為保障人民生活的基礎(chǔ)，在科技日新月異的當(dāng)今，應(yīng)當(dāng)與時俱進農(nóng)業(yè)的配套設(shè)施和技術(shù)。智能化作為時今熱門話題和技術(shù)，將其與農(nóng)業(yè)相結(jié)合來響應(yīng)我國發(fā)展特色農(nóng)業(yè)的口號。截至2016年末，我國全國溫室占地面積334千公頃，大棚占地面積981千公頃，漁業(yè)養(yǎng)殖用房面積7.6千公頃[1]，其中大棚和溫室占比達到了99.42%。這就意味著現(xiàn)如今我國農(nóng)業(yè)都是以溫室大棚為主，若農(nóng)產(chǎn)品檢測全靠人力的，那么高昂的人力成本和設(shè)備成本不是每個大棚種植戶可以承擔(dān)的。因此提出一種農(nóng)業(yè)智能化的管理系統(tǒng)可以用來解決昂貴的人力成本和設(shè)備成本，也可避免許多人力面臨的問題，還可實現(xiàn)24小時檢測，建立每周期的農(nóng)作物生長數(shù)據(jù)模型，來選取最佳模型用以搭建最佳作物生長環(huán)境和優(yōu)良作物的培育。1.2國內(nèi)外智能化農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及分析1.2.1國家相關(guān)政策 國外大部分國家都早已推出、實施大力發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)的政策方法來加速進行智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展。美國率先提出“精確農(nóng)業(yè)”的策略，先后推陳出新了六項與農(nóng)業(yè)智能信息化相關(guān)的法律法規(guī)和發(fā)展計劃，大力建設(shè)信息、科研、教育、投資等方面的基礎(chǔ)設(shè)施以確保農(nóng)業(yè)智能化方法有序推進，為智能化農(nóng)業(yè)及其附屬產(chǎn)業(yè)價值的提升提供優(yōu)良的政策和環(huán)境。 荷蘭由于農(nóng)業(yè)資源貧瘠、人均耕地不足等原因，政府自二戰(zhàn)以后開始實施一系列保護農(nóng)業(yè)的政策，并于歐盟一起進行大力農(nóng)業(yè)補貼，輔助農(nóng)業(yè)發(fā)展設(shè)施、建立農(nóng)業(yè)知識創(chuàng)新體系。1.2.2科技研發(fā)方面各個發(fā)達農(nóng)業(yè)國家均建立適應(yīng)自身的農(nóng)業(yè)科技研發(fā)系統(tǒng)，以更好地發(fā)展本國特色農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，個別發(fā)達國家的科技研發(fā)狀況如表1所示。表1——美國、日本、荷蘭、以色列的農(nóng)業(yè)科研狀況[2]世界各國的農(nóng)業(yè)科技研發(fā)系統(tǒng)組成主體多樣化，但組成結(jié)構(gòu)基本相同都是政府和高校的結(jié)合為主體，且政府管理高校、高校進行研發(fā)，企業(yè)實行具體方法。1.2.3科技創(chuàng)新應(yīng)用方面世界各國都在大力推進產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，為了推動農(nóng)業(yè)科研技術(shù)快速應(yīng)用于智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，他們都建立起了完善的配套法規(guī)和專款專用的項目資金?，F(xiàn)在很多國家再科技創(chuàng)新取得顯著成效的同時也形成了具有自身特色的農(nóng)業(yè)推廣體系。大多為發(fā)達國家，以其中個別例子來說，比如美國已經(jīng)為了農(nóng)業(yè)精細化、規(guī)模化、正規(guī)化發(fā)展的智能農(nóng)業(yè)生產(chǎn)線系統(tǒng)，率先投入了“5S技術(shù)”和智能農(nóng)機技術(shù)，幫助農(nóng)業(yè)從事者改良農(nóng)業(yè)，提高質(zhì)量和效率；又例如日本已經(jīng)采用數(shù)字技術(shù)、傳感技術(shù)和遠程控制技術(shù)建立了一種新的個性化的“網(wǎng)上農(nóng)場”農(nóng)業(yè)經(jīng)營模式，使消費者能夠?qū)崟r、獨立、遠程、準確地控制自己農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)，獲得理想的農(nóng)產(chǎn)品。1.3國內(nèi)智能化農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及分析1.3.1我國政策方面我國政府部門十分重視我國農(nóng)業(yè)發(fā)展，先后出臺了《農(nóng)業(yè)科技發(fā)展“十二五”規(guī)劃》、《關(guān)于加快加強農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新持續(xù)農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)能力的若干意見》、全國農(nóng)業(yè)開墾農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系建設(shè)發(fā)展計劃（2011-2015）等政策全力支持“十二五”期間中國農(nóng)業(yè)的發(fā)展。根據(jù)最新發(fā)布的全國農(nóng)業(yè)農(nóng)村細談發(fā)展“十二五”規(guī)劃，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有望在農(nóng)業(yè)部確定的200個國家級現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)領(lǐng)取農(nóng)業(yè)部和財政部的資金補貼。另外，先行重點開展物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)絡(luò)、機器人等現(xiàn)代信息技術(shù)在該地區(qū)的線性先行測試，推進資源管理、農(nóng)情檢查警報、農(nóng)機調(diào)度等信息化的試驗?zāi)Ｊ交顒?，完善運營機制和模式。1.3.2技術(shù)方面隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。目前，RFID電子標簽、遠程監(jiān)測系統(tǒng)、無線傳感器檢測QR碼等技術(shù)日益成熟，逐步應(yīng)用于智能農(nóng)業(yè)建設(shè)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理效率，提高農(nóng)產(chǎn)品附加值，加快了智能農(nóng)業(yè)建設(shè)。[3]1.3.3應(yīng)用方面目前，利用RFID、無線數(shù)據(jù)通信等技術(shù)收集農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息，農(nóng)民可以及時發(fā)現(xiàn)問題，準確確定問題發(fā)生的位置，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化、智能化、遙控。[4]1.4本文的主要研究內(nèi)容智慧農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)由四部分組成——手機和PC組成的監(jiān)控端、OneNET云平臺上的虛擬設(shè)備、STM32實現(xiàn)系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)功能、ZigBee子系統(tǒng)；其中ZigBee子系統(tǒng)由協(xié)調(diào)器和終端組成，終端和協(xié)調(diào)器間使用ZigBee無線通信，也可與STM32系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)通過串口通信；全部傳感器數(shù)據(jù)最終都會通過ESP8266的WIFI模塊從STM32上傳至OneNet云平臺。完成以上結(jié)構(gòu)即搭建了抽象化的管理系統(tǒng)，具體流程圖如圖1所示。圖1：智能農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

第二章OneNET系統(tǒng)介紹及應(yīng)用2.1OneNET功能簡述OneNET是中國移動推出的一款物聯(lián)網(wǎng)開放平臺，具有高效、穩(wěn)定、安全的特性。其支持各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和協(xié)議，可快速接入各種傳感器和硬件，為其提供了豐富的API和應(yīng)用模板以支撐各類行業(yè)應(yīng)用和硬件開發(fā)，有效降低了成本。滿足物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域設(shè)備連接、協(xié)議適配、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)安全以及大數(shù)據(jù)分析等平臺級服務(wù)需求。OneNET已構(gòu)建“云-網(wǎng)-邊-端”整體架構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)能力，具備接入增強、邊緣計算、增值能力、AI、數(shù)據(jù)分析、一站式開發(fā)、行業(yè)能力、生態(tài)開放8大特點。全新版本OneNET平臺，向下延展終端適配接入能力，向上整合細分行業(yè)應(yīng)用，可提供設(shè)備接入、設(shè)備管理等基礎(chǔ)設(shè)備管理能力，以及位置定位LBS、遠程升級OTA、數(shù)據(jù)可視化View、消息隊列MQ等PaaS能力。同時隨著5G網(wǎng)絡(luò)的到來，平臺也在打造5G+OneNET新能力，重點提供并優(yōu)化視頻能力Video、人工智能AI、邊緣計算Edge等產(chǎn)品能力，通過高效、穩(wěn)定、多樣的組合式服務(wù)，讓各項應(yīng)用實現(xiàn)輕松上云，完美賦能行業(yè)端到端應(yīng)用。2.2與OneNET云平臺的交互這里將WIFI模塊設(shè)置為STA動作模式，將WIFI模塊連接到手機熱點，與OneNET云平臺建立TCP連接，開啟傳輸模式。數(shù)據(jù)通過POST發(fā)送，以JSON形式包裝?，F(xiàn)在知道JSON是官方的，通過簡單的移植可以自動包裝JSON數(shù)據(jù)。在Datastreams這個數(shù)據(jù)后面加上傳感器的名字和數(shù)據(jù)流的名字。appi-key可以從之前說的地方取得，直接使用這個網(wǎng)站的Host。Content-Longth數(shù)值對應(yīng)數(shù)據(jù)streams后面的尺寸。AT指令的傳輸可以使用直接原程序，通過串行端口中斷根據(jù)協(xié)議接收數(shù)據(jù)并發(fā)送到云平臺。簡單地說，通過將WIFI連接到網(wǎng)絡(luò)，分析OneNET云平臺的IP和端口號，在云平臺上新建設(shè)備，向各設(shè)備分配獨特的序列號（WIFI和設(shè)備連接用），通過AT指令將WIFI模塊連接到云平臺。此時，如果在WIFI中發(fā)送新設(shè)在云平臺上的設(shè)備序列號，則可以連接設(shè)備和設(shè)備進行通信。然后，定時發(fā)送從收集板接收的數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)超過云平臺的警報值時，云平臺自動報警，通過用戶綁定郵箱向用戶發(fā)送警報信息，實現(xiàn)實時監(jiān)控效果。AT測試：在電腦上安裝好USB驅(qū)動模塊后，USB接口插上模塊之后在管理器上查看串口，串口號應(yīng)選擇與模塊相對應(yīng)的，這里默認的波特率為115200，在數(shù)據(jù)停止、檢驗，流控之后一定要勾選“發(fā)送新行”，再點擊“打開串口”鍵之后發(fā)送AT。在此之后若亂碼之后出現(xiàn)“OK”，就說明進入了AT模式，隨后的ESP8266上電后就是在AT指令下運行了。ESP8266的AT指令：AT指令其實就是一些起到控制作用的特殊字符串，這樣模塊就可以進行指令的使用了。一些常見指令的舉例：AT-測試模塊是否啟動，進入AT模式，AT+RST-重啟，AT+GMR-查看版本信息，AT+CWMODE-設(shè)置WIFI模式，AT+CWLAP-掃描附近的AP信息，AT+CWJAP-連接AP，AT+CWQAP-與AP斷開連接，AT+CWSAP-設(shè)置ESP8266softAP配置。模塊連接到設(shè)備（手機熱點，路由器）的方法：=1\*GB3①.發(fā)送AT+CWLAP指令掃描附近的WIFI，模塊就會返回可用列表。=2\*GB3②.使用AT+CWJAP=“WIFI名字”，輸入密碼就可以連接了，之后返回“WIFICONNECTED”說明成功連接了，最后使用AT+CWQAP可斷開當(dāng)前連接。第三章智慧農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)設(shè)計3.1硬件組成部分介紹3.1.1ZigBee網(wǎng)絡(luò) 本設(shè)計中的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器以及無線傳感網(wǎng)通信節(jié)點包含無線節(jié)點模塊，傳感及控制模塊，電池板或智能主板。無線節(jié)點模塊主要由射頻單片機構(gòu)成，MCU是TI公司的CC2530，2.4G載頻棒狀天線。 CC2530

是一個兼容

IEEE

802.15.4

的真正的片上系統(tǒng),支持專有的

802.15.4

市場以及

ZigBee、ZigBee

PRO

和

ZigBeeRF4CE

標準。CC2530

提供了

101dB

的鏈路質(zhì)量，優(yōu)秀的接收器靈敏度和健壯的抗干擾性，四種供電模式，多種閃存尺寸，以及一套廣泛的外設(shè)集包括2個

USART、12

位

ADC

和21

個通用

GPIO，以及更多。除了通過優(yōu)秀的

RF

性能、選擇性和業(yè)界標準增強

8051MCU

內(nèi)核，支持一般的低功耗無線通信，CC2530

還可以配備

TI的一個標準兼容或?qū)Ｓ械木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧（RemoTI,

Z-Stack,

或SimpliciTI）來簡化開發(fā)，使你更快的獲得市場。CC2530

可以用于的應(yīng)用包括遠程控制、消費型電子、家庭控制、計量和智能能源、樓宇自動化、醫(yī)療以及更多領(lǐng)域。根據(jù)芯片內(nèi)置內(nèi)存的不同容量，CC2530

擁有三種不同的版本：CC2530-F32/F64/F128/F256，編號后綴分別代表了芯片具

32KB,64K

B,128KB

或

256KB

的閃存。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中包括三種設(shè)備類型，分別為：ZigBee

協(xié)調(diào)器、ZigBee

路由器和

ZigBee終端設(shè)備。全功能設(shè)備(FFD)包括路由器和協(xié)調(diào)器，終端設(shè)備屬于精簡功能設(shè)備(RFD)。FFD

之間以及FFD

與

RFD之間可以相互通信。協(xié)調(diào)器是網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點，一個網(wǎng)絡(luò)中只有一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。其中網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器主要負責(zé)網(wǎng)絡(luò)的建立以及網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的相關(guān)配置，但是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化時，其他的

FFD

設(shè)備也能擔(dān)負起路由器的作用。路由器是一種網(wǎng)絡(luò)中的中繼器，主要在負責(zé)路由信息的尋找，建立以及修復(fù)，并能夠轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)報文。網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備是整個網(wǎng)絡(luò)中的子節(jié)點，可以加入或者退出網(wǎng)絡(luò)，也可以接受和發(fā)送網(wǎng)絡(luò)報文，但是網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備不允許轉(zhuǎn)發(fā)報文。 ZigBee網(wǎng)絡(luò)一般分為三種拓撲結(jié)構(gòu)。即，星形網(wǎng)絡(luò)、符合型網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。星形網(wǎng)絡(luò)是最簡單的拓撲結(jié)構(gòu)，只需要一個協(xié)調(diào)器節(jié)點和幾個終端節(jié)點。該結(jié)構(gòu)的覆蓋范圍有限，有不能同時處理大量數(shù)據(jù)的缺陷，但是其構(gòu)造簡單，成本低。進一步擴展到較低的路由器節(jié)點，可以實現(xiàn)更大范圍的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，但當(dāng)一個節(jié)點發(fā)生故障時，分支的剩余節(jié)點將脫離。網(wǎng)絡(luò)使路由器節(jié)點之間的相互通信成為可能，數(shù)據(jù)流能夠通過各種路徑傳輸，因此難以發(fā)生數(shù)據(jù)塊問題，即使節(jié)點發(fā)生故障也能夠保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定，但是需要更多的網(wǎng)絡(luò)資源。基于農(nóng)業(yè)小屋環(huán)境的實際需求，不需要同時進行大量數(shù)據(jù)流的通信，本系統(tǒng)選擇采用星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且由于其成本低，適合智慧農(nóng)業(yè)的普及，有利于普通個人種植戶的接受和采用。其原理圖如下圖：圖2：zigBee原理圖 當(dāng)成功組網(wǎng)以后，終端節(jié)點處于休眠狀態(tài)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器發(fā)送采集命令，命令有路由節(jié)點一級一級的向下傳送，廣播給自身子網(wǎng)內(nèi)的終端節(jié)點，組織的一次數(shù)據(jù)采集過程。終端節(jié)點從休眠狀態(tài)醒過來，采集被控對象的數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)通過無線方式傳送給路由節(jié)點，路由節(jié)點把接受到的信息以多跳的方式傳送給協(xié)調(diào)器，由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器將數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給監(jiān)測中心，監(jiān)測中心負責(zé)實時接收數(shù)據(jù)，管理者可以通過監(jiān)測中心了解到所有監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的采集節(jié)點采集到的數(shù)據(jù)。3.1.2硬件設(shè)計溫濕度傳感器采用DHT11，可滿足大棚日常數(shù)據(jù)采集需要。STM32選用STM32F103ZET6，STM32芯片引腳模式可以設(shè)為上拉輸入模式，即GPIO_Mode_IPU，因此不用外加上拉電阻。芯片的管腳加上拉電阻可以提高輸出電平，從而提高芯片輸入信號的噪聲容限，增強抗干擾能力。DHT11模塊與單片機通信傳輸數(shù)據(jù)依靠的是DATA這跟線，屬于半雙工通信，如果傳輸完數(shù)據(jù)要做延時，避免數(shù)據(jù)沖突。波特率設(shè)置為115200，停止位為1，數(shù)據(jù)位為8。傳感器收集到的信息一般都是用電壓的變化來表示的，而現(xiàn)實中我們不能直接的看到這一現(xiàn)象，所以就需要一個轉(zhuǎn)換過程，既是將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。這里就用STM32單片機來轉(zhuǎn)換這些信息。拿溫度傳感器來舉例，具體細節(jié)如下：配置：需要用到ADC這類相關(guān)的庫文件，在初始化ADC參數(shù)后就可以開啟溫度控制器，隨后讀取采集到的數(shù)據(jù)即AD值，把其轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度值就行了。示例代碼可見附錄中“溫度傳感器與STM32數(shù)據(jù)的讀取”。將各類傳感器用不同的庫文件與STM32配置后，進行相應(yīng)的簡單檢測與調(diào)試之后就可以實現(xiàn)硬件之間的運用與聯(lián)系了。在代碼與實物的結(jié)合之下就可以用個人電腦或者手機以數(shù)字信息的方式看到想要的信息如環(huán)境溫度，空氣濕度，二氧化碳濃度，關(guān)照強度等，這些影響大棚農(nóng)作物的因素就可以直觀的呈現(xiàn)出來，從而就可以實現(xiàn)硬件設(shè)計。下面就以DATA的信號處理為例：①通信開始DATA總線空閑狀態(tài)處為高電平,主機（MCU）把總線拉低至少18ms等待從機（DHT11模塊）響應(yīng),然后再拉高20-40us，此后再延時一段時間，使電平處于穩(wěn)定狀態(tài)（時序圖中斜坡代表電平不穩(wěn)定，可以通過延時使之穩(wěn)定后再進行下一步操作），這一段作為起始信號。如果沒有接收到主機發(fā)送開始信號,DHT11不會主動進行溫濕度采集。②通信過程如果從機模塊接收到起始信號，則會發(fā)出響應(yīng)信號回應(yīng)主機，此時需要將主機模式設(shè)置為上拉輸入模式，接收從機的發(fā)回來的響應(yīng)信號。如果讀取總線為低電平,說明DHT11發(fā)送響應(yīng)信號；如果讀取響應(yīng)信號為高電平,則DHT11沒有響應(yīng),請檢查線路是否連接正常。DHT11發(fā)送響應(yīng)信號后,再把總線拉高80us,準備發(fā)送數(shù)據(jù)。ZigBee終端和ZigBee協(xié)調(diào)器選擇CC2350芯片，該芯片具有體積小型、集成加密、存儲、無線收發(fā)等功能，配置有8kB的RAM256kB可編程閃存和強大的外置設(shè)備。不僅具有良好的靈敏度和連接性能，還采用了休眠、啟動、中斷三種運行模式，具有耗電低、成本低、開發(fā)簡單、防干擾能力強等特點。同時利用CC2350芯片的RF無線射頻功能可以實現(xiàn)系統(tǒng)的自組網(wǎng)，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)并傳輸數(shù)據(jù)。網(wǎng)關(guān)以安裝有CC2350芯片和Wi-Fi模塊的STM32芯片為核心，通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)和Wi-Fi模塊進行信息傳輸和網(wǎng)絡(luò)通信。溫濕度傳感器使用DHT11傳感器，在該傳感器內(nèi)部集成一個NTC溫度傳感器元件和一個電阻式傳感器元件，在DHT11傳感器和單片機之間可以用一個I/O端口進行單總線通信。光照傳感器選擇TSL2561傳感器，其內(nèi)部集成光電二極管、紅外響應(yīng)光電二極管及積分式A/D轉(zhuǎn)換器，具有耗電低、速度高、干擾抵抗能力強、性價比高的優(yōu)點。 大棚二氧化碳傳感器選擇CCS811傳感器，基于CCS的微加熱板技術(shù)延長電池持續(xù)時間，降低成本。在智能大棚里，輔光燈、遮光簾、灌溉系統(tǒng)和下雨天的光線不足的時候，可以打開輔光燈加強光線，光線太強的時候可以關(guān)閉遮光簾，防止光合作用變?nèi)趸驘参锏娜~子。棚內(nèi)水分不足時，灌制塑料棚內(nèi)空氣流通停滯時，打開換氣扇，防止二氧化碳含量過高，抑制農(nóng)作物呼吸作用，影響農(nóng)作物生產(chǎn)量。3.2軟件組成部分介紹 由于基于該系統(tǒng)選擇的芯片是CC2530，因此可以選擇附屬的IAR開發(fā)環(huán)境，直接使用Z-Stack協(xié)議來開發(fā)，僅調(diào)用API接口函數(shù)即可進行ZigBee網(wǎng)絡(luò)構(gòu)筑、設(shè)備初始化、終端節(jié)點數(shù)據(jù)收集等IAR軟件不需要硬件支持，可以模擬運行環(huán)境，在線進行程序調(diào)試，具有高度優(yōu)先的編譯功能。通過將Z-Stack加載到IAR開發(fā)環(huán)境的工程文件中，可以實現(xiàn)軟件的制作工作，利用ST-Link將程序燒錄在STM32F103ZET6芯片上。系統(tǒng)基于MQTT協(xié)議進行通信，該協(xié)議是在TCP/IP協(xié)議上構(gòu)建的、為硬件性能低的遠程設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)狀況不好而設(shè)計的應(yīng)用/子篩選模式的輕量化通信協(xié)議。MQTT協(xié)議可以提供實時可靠的消息服務(wù)，以僅限于極少數(shù)代碼的帶寬連接到遠程設(shè)備，并且具有簡單、開放、易于實現(xiàn)、范圍寬等優(yōu)點。PC方面的軟件環(huán)境采用了微軟VisualStudio，基于C#的優(yōu)秀的界面交互，開發(fā)一個人機交互客戶端。其交互界面如下圖，代碼見附錄：圖3：PC客戶端手機應(yīng)用將AndroidStudio作為開發(fā)平臺。登錄OneNET官方網(wǎng)站，進入開發(fā)者中心的界面，選擇MQTT通用網(wǎng)絡(luò)套件，點擊添加產(chǎn)品，配置產(chǎn)品信息，添加設(shè)備和APIkey。ESP8266WIFI模塊和服務(wù)器建立連接方法：使用AT指令配置Wi-Fi模塊：測試Wi-Fi模塊是否返回正常，配置ESP8266為AT+Station模式；重啟模塊后設(shè)置連接模式為單一連接，接著連接到Wi-Fi路由器，建立TCP遠程連接。至此已完成WIFI模式與服務(wù)器連接。上述IAR開發(fā)環(huán)境：版本TAREmbeddedWorkbenchfor8051;安裝集成環(huán)境：IAR—EW8051—8101；安裝仿真器：Smartrf4eb的驅(qū)動；安裝的代碼燒寫工具：Setup_SmartRF_Programmer;安裝協(xié)議：ZStack-CC2530-2.5.1a。具體步驟：首先啟動并且運行IAREmbeddedWorkBench開發(fā)環(huán)境，若是出現(xiàn)了EmbeddedWorkBenchStartup的界面，就可以選擇Cancel；接下來就是創(chuàng)建新文件并且添加到工程,創(chuàng)建一個新的文件，保存到工程所在目錄下，并為其命名；最后就是選中剛剛創(chuàng)建的文件，再點擊OK，這樣就能將這個文件添加到工程當(dāng)中了，并且可以在視窗的工程欄中看到該文件。接下來就是在工程界面進行配置就行了。3.3整體及具體功能方法介紹智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)（如圖1所示）主要由ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)、PC主機和OneNET云平臺組成。ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)由ZigBee終端和ZigBee協(xié)調(diào)器構(gòu)成，通過ZigBee協(xié)調(diào)器與PC主機進行通信。[5] 圖3：智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)架構(gòu)該系統(tǒng)由短距離的無線采集模塊、嵌入式網(wǎng)關(guān)、遠程監(jiān)測客戶端、數(shù)據(jù)采集傳感器及其控制模塊。濕度、光照、溫度傳感器作為無線傳感網(wǎng)絡(luò)，利用模塊的無線通信功能，將采集到的信號傳到協(xié)調(diào)器上，協(xié)調(diào)器經(jīng)串口將采集的信號傳輸?shù)浇K端設(shè)備上，并在終端設(shè)備上通過可視化的方法顯示，在界面上通過動態(tài)跟蹤曲線顯示和直觀的數(shù)值顯示來實時的觀察當(dāng)前的環(huán)境。本地終端上可以對無線傳感網(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù)進行分析處理后做出相應(yīng)的控制，如控制繼電器節(jié)點打開電磁閥進行灌溉等，從而使溫濕度、光照值控制在最佳的狀態(tài)。打開本地控制終端系統(tǒng)界面的web服務(wù)，將網(wǎng)關(guān)接入網(wǎng)絡(luò)，可以通過遠程瀏覽器界面進行訪問以控制。

第四章智慧農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)在大棚溫室農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用分析4.1智慧農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)實際應(yīng)用智慧農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)（如圖4）基于云服務(wù)器平臺和XL.SN智，采用物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)、智能環(huán)境監(jiān)測裝置、智能測控裝置、環(huán)境監(jiān)測傳感器等，實現(xiàn)對空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照、CO2濃度等大棚農(nóng)作物的生長環(huán)境參數(shù)的實時采集、無線傳輸、監(jiān)測和控制[7]。管理者可以通過電腦或智能手機，隨時查看大棚各項環(huán)境參數(shù)實時值。當(dāng)相關(guān)參數(shù)超限時，發(fā)出報警信息，提醒管理者采取相應(yīng)措施，并通過電腦或智能手機可對相關(guān)設(shè)備發(fā)出控制指令，實現(xiàn)對大棚的遠程控制。此外，根據(jù)用戶需要，可以增加視頻監(jiān)控選項，地圖功能選型。圖4：溫室大棚實際效果圖大棚環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)由安裝在大棚內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備以及部署在云端的大棚環(huán)境監(jiān)測平臺構(gòu)成，準確監(jiān)測大棚內(nèi)環(huán)境信息并實現(xiàn)對生產(chǎn)的實時管理。系統(tǒng)根據(jù)用戶需要提供pc電腦端、手機APP兩種訪問方式。感知層：采用物聯(lián)網(wǎng)傳感器，如空氣溫濕度傳感器、土壤溫濕度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器等來獲取大棚生產(chǎn)環(huán)境的各類信息。傳輸層：通過ZigBee技術(shù)、4G網(wǎng)絡(luò)、5G網(wǎng)絡(luò)等傳輸方式，實現(xiàn)現(xiàn)場傳感信息與服務(wù)器信息的傳輸和交互。應(yīng)用層：通過采集的數(shù)據(jù)與行業(yè)實際需要相結(jié)合，實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測、智能決策、生產(chǎn)管理等應(yīng)用。4.2實際功能效果分析第一，降低成本：先進的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)活動的應(yīng)用,提高自動化生產(chǎn)和收獲,降低勞動成本,提高生產(chǎn)效率。第二,保證質(zhì)量,優(yōu)化作物生長的環(huán)境,獲得作物生長的最佳條件,提高農(nóng)作物的質(zhì)量。提高水的利用率、化肥和其它農(nóng)業(yè)投入和生產(chǎn)速度,實現(xiàn)綠色農(nóng)產(chǎn)品基地的質(zhì)量控制農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測過程中全面增長。第三，大方面數(shù)據(jù)分析：數(shù)據(jù)分析應(yīng)用程序,構(gòu)建標準種植的多維模型三維分析環(huán)境,植物和人員操作數(shù)據(jù),確定最適合農(nóng)業(yè)環(huán)境參數(shù)曲線的增長,增長的最優(yōu)曲線參數(shù),指科學(xué)作業(yè)設(shè)置的閾值,溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制生產(chǎn)的目的。視覺屏幕,根據(jù)智能監(jiān)控的特殊性,我們可以及時的傳輸需要的溫室領(lǐng)域參數(shù)傳遞給管理員,和管理員監(jiān)控的執(zhí)行設(shè)備,同時使上級部門可以隨時通過互聯(lián)網(wǎng)或手機信息了解大棚溫室的作物實時狀態(tài)。在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備控制方面，系統(tǒng)采用自動調(diào)整控制和遠程控制設(shè)計,兩者的結(jié)合可以調(diào)整根據(jù)預(yù)先設(shè)定的閾值，也可以根據(jù)實際情況完成相關(guān)設(shè)備的控制?？蛇x的融合視頻監(jiān)控系統(tǒng),可以在平時你看到現(xiàn)場生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境,實時動態(tài)關(guān)注生產(chǎn),也可以通過軟件實現(xiàn)手機客戶端實時視圖溫室內(nèi)作物生長環(huán)境參數(shù),并可以根據(jù)需要,通過手機客戶端遠程操作相關(guān)的生產(chǎn)設(shè)備。在未來的智慧農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的溫室控制系統(tǒng)將會更加成熟,可靠,實現(xiàn)更多的價值貢獻和推廣,幫助農(nóng)民種植生產(chǎn)過程管理和監(jiān)督,容易擴大對接平臺的智慧和監(jiān)督。

第五章本文總結(jié)與展望5.1本文創(chuàng)新與總結(jié)本文中的智慧農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)創(chuàng)新的使用了ZigBee結(jié)合STM32的設(shè)計，現(xiàn)在農(nóng)戶使用的智慧農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)主要是STM32搭配Lora，還只是存在與模擬大棚種植環(huán)境為主。本文中的智慧農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了完全智能化，方便的數(shù)據(jù)采集、傳輸、保存、讀取，管理人員只需要在手機App或者PC客戶端就可進行操作。結(jié)構(gòu)配合新穎操作簡單，面對當(dāng)今日益減少的耕地和不多的農(nóng)業(yè)從業(yè)者情況，十分契合當(dāng)今農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，用更少的人力換取更大的利潤，對使用者而言也有一定的保護性。一體化的管理設(shè)計，極大的保證高效率的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。云平臺的使用，避免了數(shù)據(jù)的丟失和不方便查找，方便不同時期的農(nóng)作物生長環(huán)境數(shù)據(jù)對比。5.2本文展望致力于信息化、互聯(lián)網(wǎng)積極融入新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，對于提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)值、培育優(yōu)良品種都有著十分重要的積極作用。本文研究的基于OneNet的智能農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)對于大棚農(nóng)作物生長環(huán)境因素監(jiān)控有很大的提升。有助于改善工作人員工作環(huán)境；對于農(nóng)作物品質(zhì)的提升也有重要的影響；減輕人力成本壓力。于本次畢業(yè)設(shè)計中，我對于課堂上獲得的只是有了實際應(yīng)用，另外也獲取了許多更加深入的理解。比如在學(xué)習(xí)中STM32也只是有了比較淺顯的認知，但是當(dāng)我在研究中應(yīng)用的時候，使我更加靈活的使用它。ZigBee終端系統(tǒng)和ESP8266還是我第一次接觸并在實際應(yīng)用中使用它，在其中我花費了許多時間和精力，但是當(dāng)我完成了這篇論文時，我獲得了從所未有的滿足感，也使我更加熟練的進行編程和應(yīng)用。這也為我今后踏上社會參加工作打下了堅實的基礎(chǔ)，使我收獲頗豐。對于物聯(lián)網(wǎng)這個專業(yè)有了新的認知。在進行編程和硬件選取時，發(fā)現(xiàn)了許多不曾接觸過的軟件和硬件，也有的和自己印象中有所出入?，F(xiàn)在想來必是平時不注重課本知識的鞏固和完善，自身知識積累不足所導(dǎo)致的。通過網(wǎng)上和圖書館一點點的查詢搜索，一點點的重拾昔日的被遺忘的知識和認識新的知識儲備。這個過程是充滿艱辛的，卻也是充滿樂趣的，舊的知識體系被瓦解，在平地上重新建立起新的大廈。不停的修改、完善，可以說耗費了我許多精力。完成畢業(yè)論文的過程并非一蹴而就，需要不斷地尋找正確的解決方法，錯誤的千千萬萬個，而正確的只有一個，不能出現(xiàn)一點差錯，否則前功盡棄。通過此次畢業(yè)設(shè)計，我發(fā)現(xiàn)了知識應(yīng)用比獲取更加困難，應(yīng)用需要不斷的試錯。有的時候錯誤了便要重頭再來，我有的只是比別人更多的時間和精力。我需要不斷的前進，逃避不能解決任何問題。我從此次畢業(yè)設(shè)計中得出發(fā)現(xiàn)正確的方法，提出有價值的問題，比起問題本身有意義的多。跟以往不同，這是我在學(xué)校的最后一份答卷，也是我進入社會的敲門磚。這是一次考驗卻也是學(xué)校對我最后的一次關(guān)照。人生就是不斷發(fā)現(xiàn)問題，然后去改正問題，如何突破瓶頸就是你人生努力的意義。我今后會不斷地加強