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传统农业主要依靠手工操作，效率低下，而且缺乏对农作物生长环境的精准监管。随着新一代信息技术的飞速发展，将物联网技术应用于农业领域日益受到关注。无线传感网络作为物联网技术的核心组成部分，以其自组织、分布式感知、低功耗及灵活部署等特点，在智慧农业系统中扮演着至关重要的角色。在农田中放置环境监测传感器节点，比如用于实时监测空气中温湿度、光照强度、CO₂浓度、土壤湿度、土壤肥力等参数的传感器，为农业生产提供实时、准确的数据，有助于农户及时采取科学的田间管理措施，同时也能为农业科研和政府决策提供数据支撑。 本文旨在设计并实现一套基于无线传感网络的智慧农业系统，通过传感器实时采集农田环境参数，基于ZigBee协议构建无线网络，再将数据通过网关上传至云平台，并在客户端可视化展示，为农田管理人员作业提供支持。 1 系统总体设计智慧农业系统主要由传感器、ZigBee节点、网关、云平台和客户端软件构成，由空气温湿度、光照强度、CO₂浓度、土壤湿度、土壤肥力传感器采集环境参数，ZigBee节点自组织网络构建无线局域网，再将数据传输至网关，智能网关将数据上传至智慧农业云平台，在客户端进行可视化显示。其拓扑结构如图1所示。
无线传感器模块集成在ZigBee节点之中，根据农田需要监测的参数将ZigBee放置在不同的区域。ZigBee节点启动之时自动发起网络邻居通告请求，按照协议自行组建局域网，将采集到的数据通过ZigBee路由节点转发至ZigBee协调器节点。协调器节点通过Wi-Fi与智能网关通信，智能网关将数据进行相应的处理后上传至智慧农业云平台。电脑客户端或移动客户端通过访问智慧农业云平台获取相关的农田环境参数，农田管理人员可以通过平台实时查看农田环境参数并设置相应的阈值。系统根据阈值执行相应的作业程序，启动设备进行处理，使农田环境始终处于适合农作物生长的状态。智慧农业系统运行流程图如图2所示。
2 系统硬件设计根据农作物生长环境监测要求，系统选用空气温湿度传感器、光照度传感器、CO₂浓度传感器、土壤湿度传感器和土壤肥力传感器，将传感器模块插入到ZigBee模块之中。ZigBee节点模块主要采用TI公司的CC2530单片机芯片。ZigBee网络中路由器节点和协调器节点转发数据，因此需要一直处于供电状态。为了节省电量，终端节点采用定时工作，其他时间处于休眠状态，可以延长终端节点使用寿命，采用2节5号电池终端节点可以工作半年时间，由于农田环境参数为渐变量，间隔采集数据并不会产生系统对农田环境参数监测缺失的问题。 3 ZigBee网络设计ZigBee网络中存在三种设备：终端设备、路由器、协调器。终端设备中装载传感器模块，根据农田不同区域监测参数的不同分别放置不同的传感器模块；路由器主要负责将终端设备采集的数据进行转发；协调器主要负责无线网络的建立与维护，并且将数据上传至智能网关，在网络架设中主要采用网状拓扑结构，如图3所示。网状结构中路由器允许直接相连，通过路由器根据路由器表中的信息来选择最佳路径，能够有效减少网络时延。
3.1 ZigBee网络组建ZigBee网络工作模式分为信标和非信标两种模式，在信标模式下所有设备同步工作和休眠，能有效增加设备使用时长；在非信标模式下只允许终端节点周期性休眠。当所有设备上电之后，协调器首先进行信道扫描，当发现其他网络未使用的空闲信道时，协调器即采用该信道组建网络，设置网络ID（PANID）和自身的短MAC地址。其他节点加入网络时，只需要将自身使用的信道设置成和协调器使用的信道一致，并提供正确的认证信息，即可申请加入网络，节点加入网络之后即可从其父节点获取短MAC地址、ZigBee网络地址以及协调器规定的其他网络参数，或父节点接收子节点加入网络，父节点须将子节点向协调器汇报，以便协调器能够了解全网所有节点信息，维护网络信息库。ZigBee网络组建流程如图4所示。 3.2 ZigBee网络路由策略由于在智慧农业系统中需要布置大量的传感器节点，传感器节点数据发送至协调器中间需要经过多跳转发，路由器需要在众多路径中选择一条最小路径成本的路径，以提高数据转发效率。ZigBee网络通过邻居发现和路由发现，生成邻居表和路由发现表。在路由发现期间，ZigBee路由算法根据路径成本来进行路由选择，通过比较找出最小成本的路径，成本代价可以用接收到的信号强度进行衡量；通过邻居发现，沿着路径，求出所有连接的连接成本总和，获得整个路径的“路径成本”。由于传感器节点部署在野外，环境比较恶劣，也有可能导致部分节点失效，网状网提供路径维护和网络自愈功能，如果中间节点连接失败，上游节点在发现路由不可达的情况，启动路径修复机制，节点发起重新发现，直到数据包到达该节点，路径修复完成，网络恢复正常。 4 系统云平台设计利用阿里云物联网平台构建智慧农业系统云平台，阿里云物联网平台是集设备管理、数据安全通信和消息订阅等功能于一体的平台，支持连接海量设备，采集数据上云，向上提供云端服务，在云端实现Web服务和移动端服务开发，同时云端可以通过指令下发至设备端，实现远程控制。 4.1 创建产品与设备在阿里云物联网平台提供了创建产品功能，平台提供了自定义创建产品和从设备中心新建产品两大功能，从云平台中建两种类型产品：智慧农业系统-网关、智慧农业系统-数据采集节点，在网关产品中采用5G与云平台进行通信，数据采集节点采用ZigBee协议进行通信，数据采集节点作为网关设备的子节点，如表1所示，ProductKey由系统自动生成，作为产品的唯一标识码。 创建完产品之后需要在相应产品下创建相应的设备，创建50个数据采集节点和1个网关节点，设备创建完成之后复制设备证书，烧入至物理设备之中。 4.2 编辑物模型物模型是阿里云物联网平台对产品的属性、服务和事件的统一定义，产品下的同类设备自动拥有相关的物模型属性，采用JSON格式，可以根据TSL组装上报设备的数据。根据智慧农业系统需要采集的数据要求，在数据采集节点产品下属性，如表2所示： 4.3 云平台可视化在物联网应用开发平台下，新建智慧农业系统项目，在项目下可以进行Web应用、移动应用和业务逻辑开发。在Web应用和移动应用中主要实现采集数据可视，并对不适宜农作物生长的环境参数进行调整，实现对农作物生长环境智能化控制，图5为Web可视化平台。 在智慧农业系统中农田管理人员也可以根据采集的环境参数，启动相关作业调节环境参数，使农田环境参数始终处于比较适宜作物生长的状态。图6是某时间段采集的各环境参数即CO₂和光照度随时间变化的折线图，农技管理人员可以通过按钮启动作业设备，通过云平台下发指令远程控制设备工作。 5 结束语本文基于阿里云物联网平台设计了智慧农业系统，系统使用ZigBee协议自组网络，通过ZigBee节点采集农田环境参数，由ZigBee网关将数据传送至阿里云物联网平台，并进行相关处理。经过测试，系统能够高效、精确地采集农田环境数据，并将数据可视化呈现给农田管理人员，提高了农田作业效率。 参考文献： [1]傅伟.基于无线传感网的智慧农业系统研究[J].工业控制计算机,2026,39(04):62-63+66. 特别提醒：物联网专业交流群欢迎物联网行业相关的人群加入，同时群内欢迎各路社牛、大咖、前辈加入，群内除了不能发敏感内容、色情内容，以及不太建议多次发送推广内容，其他内容皆可畅聊~——交流QQ群724511126，进群的朋友请备注：姓名-单位-研究方向（无备注请恕不通过），由编辑审核后邀请入群！
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发表于 2026-4-23 18:51:28