基于ZigBee技术的设施小气候服务平台设计.pdfVIP

分会场：S7 应对气候变化与农业气象防灾减灾 基于 ZigBee 技术的设施小气候服务平台设计 卢俞 王颖 （安徽省宿州市气象局 宿州市 234000） 提要：安徽省宿州市大力推进以蔬菜大棚种植为主导的设施农业建设，但在实际的种植与管理过程中， 自动化程度不是很高，比方说大棚内温度、湿度的获取采取人工读数的方法，设备的铺设采用有线连接方 式等，同时种植实践缺少必要的理论指导。宿州市气象部门结合最新信息技术，采取 ZigBee 和 GPRS 无线 通信模式加手机短信传输农气专家种植理论指导的方式，为农民提供一种“面对面”，“直通式”的信息服 务。各蔬菜大棚内要素数据传输部分采取 ZigBee 无线信息技术实现，农气专家通过对 GPRS 传输来的棚内 各种数据进行科学地、综合性地分析，形成有针对性的理论产品，指导菜农进行科学管理。实践证明，这 种上门式的信息服务方式，对解决农村信息传输“最后一公里”问题和“气象为农服务”工作大有裨益和 帮助。 关键词：设施小气候 ZigBee技术 GPRS通信 设计 设施农业就是利用现代工程技术手段和工业化生产方式，为作物生产提供可控的适宜生 长环境（温、湿、光、水肥、CO2 等）， 充分利用土壤、气候和生物潜能，在有限的土地上 获得高产、优质和高效的一种农业生产方式[1]。某种意义上看，就是利用先进的信息技术， 为作物营造一种适宜的局地小气候，通过精细和动态监控的方式，对农作物进行管理，感知 农作物的环境，以提高资源利用率和生产力水平。设施小气候环境，通常指塑料大棚或温室， 在实际的生产中，主要遇到的问题是温室大棚布线不方便、维护困难等。 安徽省宿州市埇桥区是全国重要“国家农村信息化示范区”，目前在光明、八张、沟西 等美好乡村示范村建立无公害蔬菜标准化生产基地 30 万亩，在西二铺乡沟西就拥有无公害 蔬菜大棚 3000 多亩[2]。宿州市气象局深化开展“气象为农”服务工作，对设施蔬菜服务应 用先进的 ZigBee 和GPRS等无线传输技术，搭建设施小气候信息服务平台。 1. 服务平台设计思路 近年来，温室大棚蔬菜种植为提高人们的生活水平带来极大的便利，开辟了发家致富的 新途径。对蔬菜大棚实施科学种植和管理，一种办法是在大棚内树立设施农业小气候自动仪， 实时监控并获取棚内的温度、湿度、光照、土壤温度、土壤湿度等植物生长的环境因子，并 把这些现场参数提供给种植管理者。管理者通过对这些现场实时采集的棚内温度、湿度、光 1 照、土壤温度、土壤湿度等环境参数进行分析处理，并做出趋势分析，开展相应的服务。 设施小气候信息服务活动的开展是借助 ZigBee 无线传输技术，将一定距离范围内的小 气候自动仪的相关传感器数据统一传输给起基站作用的中心节点，然后通过 GPRS 无线传输 到中心机房相关数据服务器上；建立一个互联网实时资料网站实现管理与监控，并对收到数 据进行科学处理分析，归纳一种适宜的管理建议，通过手机短信发送给种植人员。 图1. 设施小气候服务平台整体设计框图 2. 服务平台设计实现 设施小气候服务平台主要功能是实现温度、湿度、光照、土壤温度、土壤湿度等环境因 子的数据采集，数据的发射与接收，移动 GPRS 通信的传输，实时监控网站的建立和种植大 户手机信息的发送。在蔬菜大棚现场供电系统由太阳能电池板、太阳能充电控制器和蓄电池 组成。 2.1 ZigBee数据处理模块 ZigBee 数据处理模块实现小气候仪各个环境因子数据的采集和传输。ZigBee 是一种新 兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术。它主要工作在无须 注册的 2.4 GHz ISM 频段，传输范围在 10～75 m，典型距离为 30 m；宿州市埇桥区蔬菜大 棚大多是水泥和钢筋的构架，相间大约 10 米，沿路或呈直线排列，Zigbee 无线技术传输实 现正为适宜。