摘 要：智能农业是农业领域推出的第一代拥有自主知识产权的远程环境监测系统。它是通过光照、温度、湿度等无线传感器，对农作物温室内的温度、湿度信号以及光照、土壤含水量、CO2浓度、叶面湿度、露点温度等环境参数进行实时采集，自动开启或者关闭指定设备（如远程控制浇灌，开关卷帘等）。同时在温室现场布置摄像头等监控设备，实时采集视频信号。用户通过电脑或智能手机终端，随时随地观察现场情况，查看现场温湿度等数据和远程智能调节指定设备的运行状态。现场采集的数据，为农业综合生态信息检测，对环境进行自动控制和智能化管理提供科学依据。前端设备支持多种传感器的接口，同时支持音频，视频功能，可以有效的为农业专家提供第一手的现场专业数据。
关键词： 智能农业；无线传感器；远程监控；实时采集
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 04-0000-01
一、物联网概述
（一）物联网技术的背景
物联网被称为继计算机、互联网之后世界信息产业的第三次浪潮，物联网技术被誉为全球一个新的经济增长点，国家和政府部门非常注重物联网产业的发展，据新华社报道，在各省启动的十二五规划中，有23个省份将物联网作为重要的发展目标。
物联网（The Internet of things）是指通过射频识别（RFID）、传感器、全球定位系统（GPS）、二维码等信息感知设备，按约定的协议连接起来，通过有线或无线网络的组织模式进行信息交换和通信，以实现智能化识别、数据采集、智能控制、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
物联网技术在农业中的应用，既能改变粗放的农业经营管理方式，也能提高动植物疫情疫病防控能力，确保农产品质量安全，引领现代农业发展。
农业物联网是将大量的传感器节点构成监控网络，通过各种传感器采集信息，以帮助农民及时发现问题，并且准确地确定发生问题的位置，这样农业将逐渐地从以人力为重心、依赖于孤立机械的生产模式转向以信息和技术为中心，大规模地使用各种自动化、智能化、远程控制的设备的生产模式。
短距离无线数据通信系统一般情况下由终端节点、通信系统节点及管理器节点组成，其系统结构框图如图1所示。
（二）智能农业系统的功能介绍
物联网智能农业平台系统由前端数据采集系统、无线传输系统、远程监控系统、数据处理系统和专家系统组成，其各部分系统功能介绍如下：
1.智能农业数据采集系统
数据采集管理系统主要负责温室内部光照、温度、湿度和土壤含水量等传感器采集的数据以及视频监控数据的采集和管理。可为用户在电脑与手机终端上实时、直观的展示采集到的数据。用户可以在平台上查看自己需要的数据，包括实时数据采集、历史数据管理，以及为用户提供自定义打印报表，提供各种汇总统计信息，对数据库备份等服务，从而方便的得到数据信息，辅助决策等。
实时采集的数据主要为各类传感器采集的数据和视频监控采集的现场视频数据。温度包括空气温度、浅层土壤温度（土下2cm）、深层土壤温度（土下5cm）；湿度主要包括空气的湿度、浅层土壤含水量（土下2cm）、深层土壤含水量（土下5cm）。传感器采集数据的上传采用ZigBee无线传输模式，ZigBee发送模块将传感器的采集数据传送到ZigBee节点上。
用户可以在农业物联网平台上或通过手机终端等查看现场的实时采集的数据，并且在界面上可显示实时采集数据的曲线图。
2.智能农业视频监控系统
视频监控系统采用高精度摄像机对农田或大棚等进行视频监控，系统清晰度和稳定性等参数均符合国内相关标准。
在大棚内安装视频监控系统，平台将视频监控文件进行处理传给后台管理子系统，可在微机终端进行查看，后台管理系统将视频监控文件进行处理通过WAP方式利用手机终端进行查看。企业管理层或相关管理结构负责人可通过手机视频来了解农业示范区现场动态情况。系统可以通过视频监控植物的成长过程（实时、录像）供远程学习。
3.智能农业预警系统
当采集数据超过系统预先设置的限制是，将开启系统报警功能，并发送短信告知相关管理人员，便于对农作物生产的管理。
4.智能农业设备远程控制系统
设备远程控制系统主要有控制设备和相应的继电器控制器控制电路组成，通过继电器可以自由控制各种农业生产设备，包括喷淋、滴灌等喷水系统和卷帘、风机等空气调节系统等。用户可通过电脑或手机终端对设备直接操控，完成日常工作。
二、NRF905的概述
（一）NRF905概述
NRF905单片无线收发器是挪威Nordic公司推出的单片射频发射器芯片，工作电压为1.9-3.6V，32引脚QFN封装（5mm×5mm），工作于433/868/915MHz 3个ISM频道，频道之间的转换时间小于650us.自动产生前导码和CRC校验码，可以很容易通过SPI接口进行编程配置。[8] 外围器件连接简单，无需外部SAW滤波器。芯片内部本身附带功率放大器、频率合成器、调制器和晶体振荡器等部分，其中输出功率以及通信频道可通过编写程序进行配置。从NRF905的芯片手册中查到，其功耗十分小，当以10dBm 的功率发射时，工作电流仅有 30mA，同时支持多种低功率工作模式，待机模式下电流仅为12.5μA，节能设计更加方便。
（二）工作原理
该系统主要是实现的是点对点无线收发数据的过程，单片机将地址和数据写完后，就要控制NRF905无线收发模块将接收到的数据发送出去，NRF905发送模式会自动产生字头和CRC校验码，当发送过程完成后，数据准备好引脚（即DR）通知单片机数据发送完毕。下面是NRF905发送数据的流程：（1）当单片机发送数据的时候，根据时序图将要发送的数据以及接收机的地址通过SPI接口传送给NRF905，SPI接口的速率在通信协议和期器件配置时已经确定；（2）通过单片机置高TRX_CE和TX_EN，激发NRF905的射频发送（ShockBurstTM）模式；（3）NRF905的ShockBurstTM发送；（4）若单片机将AUTO_RETRAN寄存器设置为高电平时，此指令表明需要再次发送数据，NRF905无线模块将实施重发，持续到STC89C516RD+单片机将TRX_CE变为低电平为止；（5）当TRX_CE被置低时，表示NRF905发送数据过程完成，芯片将自动进入空闲模式。[14]
三、系统硬件设计
节点硬件结构。本系统的通信底板以STC89C516RD+单片机为核心，通过Altium Designer软件自行设计通信子系统的PCB板，将NRF905无线收发模块安放在预先设计好的的系统板上。串口电路部分采用MAX232芯片，外围搭建光照强度传感器、温度传感器、湿度传感器等，硬件结构简单，性能稳定，同时有效的节约了成本。
四、系统运行流程
软件构架。本系统工作时首先节点1先设定为发送模式，通过外接各种传感器将采集到的数据传送数据给节点2，然后等待节点2接收，当节点2得到正确的数据之后，又将反馈信息发送给节点1，当节点1得收正确的反馈信息之后，系统板上的LED灯将会点亮，则说明发送接收成功。
五、运行结果
系统硬件连接实物图如图2所示。
数据收发完全正确，其结果显示如图3所示。
短距离无线数据业务以其低功耗、数据传输可靠、信息容量大等特点正被应用到广阔的应用领域。本文首先对其发展前景和应用现状及无线通信系统的广泛应用进行了概述，重点是对本课题所采用的STC89C516RD+型单片机与无线收发模块NRF905，再使用LCD液晶显示器进行实时显示来完成NRF905的无线通信系统设计，同时对短距离无线通信技术的结构特点进行了较为详细的论述，对其发展前景也进行了深入的研究。
无线通信技术，正在迅猛发展并广泛应用于各个领域。本文对其在盲区无线智能通信系统中的应用作了一些有益的研究并取得了一些成果，但仍有许多问题可待进一步的研究解决。（1）提高节点集成化，缩小体积。本文制作完成的节点是由微控制系统板和射频通信板组成的，体积较大。在以后的电子技术发展中可以同时将射频通信系统和微控制系统以及一些相关应用集成到同一芯片上，将会极大缩小节点体积。（2）能耗管理智能化研究，进一步降低能耗。本文所作研究对能耗管理方面通过采用系统定时休眠来达到节能的目的。进行能耗管理提高系统自身运行的稳定性，延长系统的使用时间，最终提高了系统自身的应用效益。
利用无线传感器网络实现数据传输是农业环境测控系统通信问题的有效方法。将无线传感器网络技术的农业系统环境信息采集与监测控制系统用于农业环境数据的接收、实时显示和存储，并通过无线方式实现与远程管理中心的通信，成功地解决了传统农业下的各种问题，无线传感器网络技术必将更大更广阔的农业领域中发挥越来越重要的作用。
参考文献：
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[作者简介]葛付伟，南开大学滨海学院电子科学系，教师；毛建新，南开大学滨海学院电子科学系，本科在读。