发布日期：2022/8/26

一，概述

近年来，农业温室大棚种植为提高人们的生活水平带来极大的便利，得到了迅速的推广和应用。种植环境中的温度、湿度、光照度、土壤湿度、CO2浓度等环境因子对作物的生产有很大的影响。传统的人工控制方式难以达到科学合理种植的要求，目前国内可以实现上述环境因子自动监控的系统还不多见，而引进国外具有多功能的大型连栋温室控制系统价格昂贵，不适合国情。
      针对目前农业温室大棚发展的趋势，提出了一种大棚远程监控系统的设计。根据大棚监控的特殊性，需要传输大棚现场参数给管理者，并把管理者的命令下发到现场执行设备，同时又要使上级部门可随时通过互连网或者手机信息了解区域大棚的实时状况。基于WBee的农业温室大棚智能监控管理系统使这些成为可能。

二，WBee简介

1. WBee是什么？

WBee （wireless bee）即无线蜂窝网络，是一款类似于zigbee 产品。是一款小数据量，短距离，自组网，低复杂度，无线传输设备。同时他还加载了采集数据单元并采用了433MHZ的全球免授权频段代替2.4G频段大大增加了传输距离，主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，WBee就是一种便宜的，低功耗,灵活自组网，低复杂度，带采集功能，相对较远距离传输的无线组网通讯产品。

• 是一款新兴的短距离、低速率、低功耗，自组网，低复杂度的zigbee模块同时它又带采集功能和放大传输距离的无线网络传输模块。它是厦门为那通信科技有限公司根据十几年行业用户应用和需求，主打的一款新型的ZigBee产品。主要用于相对较远距离的无线连接。它有自己的无线电标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很低的功耗，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，因此它们的通信效率非常高。最后，这些数据就可以进入计算机用于分析或者被另外一种无线技术如WiMax收集。

1. WBee的工作原理
2. 也是一种自组网的网络通信方式，主要用3种工作模式，分别为协调器（中心节点），路由（中继器），终端（节点）。所以WBee工作中至少要有一个协调器和一个终端或是路由。才能正常工作，互相通信。

 

• 自组网采用动态路由的方式进行网络传输，动态路由是指网络中数据传输的路径并不是预先设定的，而是传输数据前，通过对网络当时可利用的所有路径进行搜索，分析它们的位置关系以及远近，然后选择其中的一条路径进行数据传输。在我们的网络管理软件中，路径的选择使用的是“梯度法”，即先选择路径最近的一条通道进行传输，如传不通，再使用另外一条稍远一点的通路进行传输，以此类推，直到数据送达目的地为止。在实际工业现场，预先确定的传输路径随时都可能发生变化，或者因各种原因路径被中断了，或者过于繁忙不能进行及时传送。动态路由结合网状拓扑结构，就可以很好解决这个问题，从而保证数据的可靠传输。

1. WBee的优势

软件

网络功能

通信协议

根据10几年行业经验和用户需求自主开发通信协议：灵活多变，稳定可靠，安全性高，

网络制式

433M  国际标准免授权频段

协议机制

采用IPV6通信协议，无限制节点数量，理论最大值65535

安全可靠

数据加密

支持3种加密协议：AES，DES，3DES。 数据传输安全，防止数据传输中被窃取，监听，数据安全可靠。

超强传输距离

最大可视距离

>=4000米

复杂城市中心最大距离

>=1000米

硬件

接口

串口类型

接口丰富，支持RS232,RS485，TTL，RS422等多种通信方式；支持多路IO 输入输出或是AD 采集接口共用，可自定义设置任意单路或是多路接口定义。灵活多变，互不干扰。

本地配置

支持本地主备串口通信，主串口通信，备用串口配置。方便用户在不用切换通信模式，就能快速修改配置参数，不影响数据的正常传输。

指示灯

信号灯

可通过本地信号灯闪烁颜色，简易快速判断信号强度。

状态灯

可通过状态灯闪烁颜色，预警通知，直观方便用户快速了解设备运行状态及问题故障。

 

三, WBee特性：

•  
• 接口

引脚

信号名称

描述

1

 

 

2

RXD

接收数据

3

TXD

发送数据

4

   

5

GND

数字地

6

   

7

   

8

   

9

   

电源接口

 

四，WBee应用方案

WBee温室大棚智能监控系统方案

一，系统实现方案

随着智能控制的发展，温室大棚的控制系统向着越来越先进、功能越来越完备的方向发展。新的大棚智能控制系统采用WBee进行组网，把温湿度等环境参数自动采集汇总到服务器。新的控制系统并运用模糊控制技术使温室大棚环境达到最佳的生长状态。在温室自动控制技术和生产实际的基础上，通过总结、收集农业领域知识、技术和各种实验数据构造专家系统，以建立植物生长的数学模型为理论依据，研究开发出的一种适合不同农作物生长的温室专家智能控制系统技术。它可以利用各类传感器测量温室大棚的温度、湿度、光照强度等环境因子，并能对环境因子进行控制，以基于作物和环境信息的知识的专家决策系统为依托，实现利用智能化和信息化的温室大棚智能监控系统。

以一个温室大棚中的智能监控系统为例。每一个大棚需要采集4组数据，每一组数据包括大棚内的温度、湿度、光照度和CO2浓度。温度大棚的数据采集是通过大棚内的温度、湿度、光强度和CO2浓度数据。数据采集模块有单片机分时对各个监控点进行巡回检测。主控芯片对数据进行滤波处理后打包送至无线网络的子节点。其数据采集结构如图所示：

 

单片机将大棚内的4种环境参数信息传输到无线网络中的子节点，子节点每隔一定的时间轮流向主节点发送信息。主节点组建了基于WBee技术的星型网络拓扑结构，主节点在星型网络中充当协调器的角色，协调器主要实现对整个网络的管理以及接受子节点转发的数据等功能；各子节点具有数据采集和转发的功能，可以将大棚内温湿度数据，空气中光照含量，CO2浓度这些农作物生长的环境信息采集过来，该设备节点安装在温室大棚内。

主节点收到数据之后将各节点的数据给智能监控系统的控制中心，负责对大棚内的各个执行机构进行控制，从而启动控制增温降温、加温除湿、遮阳补光等调控设备，按不同环境要求调控与协调温室大棚的环境适应不同的作物的成长需求。

为了更方便清晰的掌握温室大棚作物的环境参数情况，选用工业组态软件作为上位机组态开发平台，通过数据流连接和设置，可以实现上位界面和无线收发模块的实时通信，另外可以通过远程监控界面在IE浏览器上直接查看温室大棚作物的生长情况。

五，应用方案优势

 1. 安装简单

通过zigbee无线进行环境参数的采集，可以大大减低有线组网布线的麻烦，不需要在土壤中铺设大量的线缆，不影响作物的耕作。安装简易，并且可以灵活移动zigbee采集节点的位置。

2. 远程监控

通过互联网，在家里就可以远程检测和控制温室大棚的生长环境，而不用亲临现场进行手动控制。而且可以把作物的生长环境情况存储于云端，可以用于农作物的生长分析，得到农作物的最佳生长环境。

3. 高度拓展性

如果现有的环境因子采集节点不够，可以随时增加，很快加入到WBee采集网络中，即装即用，而不用布线等复杂的安装流程。

4. 维护方便

当大棚内的硬件系统出现问题时，维修人员可以快速展开工作排查故障，定位故障节点，快速解决问题，保证系统的安全运行。

六，设备

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七，结论

我国是一个农业大国，提高单位面积的作物的产量、生产优质农产品是现阶段农业发展的迫切要求。温室大棚是一种可以改变植物生长环境，根据作物的生长的最佳生长条件，调节温室气候，能够避免外界四季变化和恶劣气候对其影响的场所，是实现高产、优质农业的一个重要的组成部分。温室结构的建造标准是既能密封保温，又便于通风降温。但是作物要实现高产、优质、仅仅靠温室保温是不行的，需要对农作物的生长环境进行多方位多点的精确采集和实时的控制。

与普通的温室大棚相比，数字化精准农业温室大棚不仅能够种植优质高产反季节作物，而且将电子、计算机、通信和自动化控制等技术引入到本领域中。数字化精准农业温室大棚系统，可以定量获取和分析农业环境的多种参数，实现对环境的多点检测，其检测目标可以是温度、湿度、光照、振动、压力、水/土壤空气成分等，通过WBee无线通信把温室大棚的各种参数汇总到服务器，服务器再通过执行结构去调节大棚的温度、湿度等参数。从而能对大棚内各个环境参数达到良好的检测，协调控制大棚的环境参数。