唐雅娜

（广州软件学院，广东广州 510990）

随着农业生产的发展速度增加，病虫害的防治变成了一个不容忽视的问题。因此，开展病虫害防治迫在眉睫。实施病虫害防治需要掌握病虫害的组成，根据当前病虫害种类和生物生态特点来进行防治[1]。在病虫害防治方面，需要彻底提高农田的防控水准，将最新研发的监测技术和病虫害处理方法应用其中，从传统的人工调查到病虫害综合防治，都需要高级监测人工调查和计算机模拟相结合，再向计算机模拟过渡。在预测结果的要求上，需要进行专项预测，才能达成更好的效果。因此，需要基于物联网设计新的蔬菜病虫害监测系统来有效防治病虫害，改善生态环境，适应经济发展[2]。

1 硬件设计

1.1 CC2430 芯片

随着物联网技术的出现以及集成电路技术的迅速发展，部分可以保持性能的单片机出现了其中以TI 公司开发的CC2430无线单片机为突出代表。该单片机与ZigBee2006 协议栈相结合，来满足检测需求。CC2430 单片机是最具竞争力的单片机[3]。CC2430 保持了CC2420 特点，其具有2 个串口，因此将CC2430单片机用在本文设计的系统中，来保证系统的性能。

1.2 湿温度传感器

防虫智能传感器系统的传感器节点应实现采集温湿度以及其他需要采集的类目关系，因此本系统选取了指定的湿温度传感器，该传感器不仅可以检测湿温度，还能对目前的光照强度进行监测。由于组成该传感器的元件灵敏度高，因此其在温度传感和信息采集方面有很高的准确度，经校准后设置其输出数据的指定进制数目，除此之外将湿度与温度数据整合，均可以用该传感器输出。

1.3 光照传感器

病虫害实时监控系统中还需要额外配置光照传感器，来实时监测此时监测区域的光照强度，其还有光强的功能，本文设计的系统采用On9658F 光照传感器，其具有可见光强和采集光强的优势。根据On9658 的结构与功能的特异性，为其专门加入滤光片，目的是提高该光照传感器的抗干扰性能，降低误码率，其还填充了纳米材料，具有良好的光学过滤效果。

2 软件设计

2.1 搭建实时监控平台开发环境

在实时监控网络中，需要利用协调器来搭建实时监控平台开发环境，来实现网络建设，将接收到的数据发送到计算机后需要预先检测此时的风险范围，检测使用GPRS 技术，将风险的范围逐一划分后才能进行下一步操作。环境采集需要在指定网络中加入设计的预测节点，利用该节点收集此时的环境信息，实现环境采集[4]。此时使用指定的参数进行无线传输。由于采集环境需要核对采集的数据是否在监控范围内，因此需要提前确定采集中需要使用的参数，这些参数是由IAR Embedded Workbench 程序编译并输出的。集成开发环境必须采用ZigBee模块的ZigBee2006 协议栈，其开发环境必须基于Embedded 来调试。 Embedded 允许在调试时输入其他选项，其支持空间大多在8 位数或16 位数左右[5]。

2.2 基于物联网技术构建构建病虫害实时监控网络拓扑

实现病虫害实时监测，必须要利用网络中的实时监控节点，这些节点作为连通的桥梁实时传递监控到的病虫害信息，因此本系统在物联网的基础上选取两种不同形状的拓扑结构用作实时监控节点的连接。这些监控节点不仅可以传递信息，而且还有通讯的作用，因此，每个监控节点必须有专属的IP 地质，根据特殊的IP 地址来构建合理的实时监控方案，建立的拓扑结构如图1 所示。

图1 实时监控网络拓扑

如图1 所示，图中显示的各个节点都经过了逐层分化，每个节点都会进行统一分组，影像组的网络地址不同，每个节点的地址都具有特异性。每个节点所处的网络地址需要进行预先规划，将整个网络中的地址分解划分，一般配备十六个地址，其固定值为0-0000。当网络形成时，由于每个节点都有来自上级的分化和来自下级的分化，因此在网络分配时往往十分麻烦，需要选用Z-Stack 协议来进行基础分配，常规的分配网址有8 组，其均按照指定协议来划分，划分网络地址后，将各个地址逐一分发，保证整个流程的运行完整度。

2.3 筛选计算机监测模块

监测模块主要利用ZigBee 组网技术来进行筛选，组网技术适用于小范围通信中，具有协议紧凑，能耗低的优势。在数据筛选方面，主要运用Zig Bee 组网技术进行不同节点之间的通信。Zig Bee 是一种短距离的低速无线传输协议，其中每个Zig Bee模块都相当于一个缩小了无数倍的移动基站，不同的是，Zig Bee 的传输距离远小于移动基站。在有效范围内，每个Zig Bee模块间可进行相互通信，可将某个Zig Bee 模块设为路由节点，通过其实现Zig Bee 网络与现有网络的互联，有效采集并监测数据。

第一步就是采集检测模块的相关参数，相关参数采集后需要经过安全的通道进行初次传输，传输的数据需要根据实时监控的情况作出相应的转化，从而成功地被开发平台采集。病虫害防治智能传感系统的上位机监控软件选取LabVIEW，该监控软件可以将不断变化的参数转换成固定的输出曲线，方便后续对环境的观测。除此之外，其不仅仅可以用于监控软件的数据传输，还可用于其他功能模块的传输。

还需要支持通过Internet 和交互式通信方式。实验室可以使数据采集、监测和分析以及仪器控制变得非常简单。数据采集器是在进行实验的初期，将实时监控系统接收到的数据进行初步处理，在传达到监测模块中，监测模块根据其自身的转换功能将接受的数据转换成预警信息，传达到监控界面中，监控界面统一设置此时监测的参数、预警数据、网络状态、安全性能等，根据这些参数建立正确的拓扑结构，从而筛选计算机监测模块。

2.4 选取GPRS 无线通讯预警

GPRS 技术与ZigBee 技术的结合，可以实现无线通讯的预警功能。无线通讯的预警过程分为几个步骤，第一步是将预警模块初步启动，启动后，通过SIM300S 来发送此时需要记录的预警信息，引导预警接收模块接收，第二步利用接收到的预警进行二次反馈，将预警数值通过指定的反馈装置传送回来。注意，只要CC2430 从1 到P1.7 发送一个低电压信号，该低电压信号应该必须进行额外的设定，第三步启动该状态下预警定位，利用电压差值来平均预警中产生的信号波动。

协调器处理采集到的环境参数后，通过串口与SIM300S 模块进行通信。本设计使用SIM300S 串口1，RTS 连接CTS，默认握手成功。由于在进行协调处理时，串口的AT 指令是不断变化的，因此其可以利用CC243 来进行调节，接口实现对接后，将不同的指令利用不同的发射口输出，输出的指令可以控制协调器的状态，除此之外，协调器在接收到指令后还会给串口回复反馈信息，以代表其成功的实施控制，并引导串口发送下一阶段的指令，全部指令都完成后立即向指定用户发送报警信息。

3 系统测试

3.1 测试准备

采用指定的网络拓扑结构在农田选取合适的地点进行系统测试，提前将系统测试的环境进行记录，将环境变化范围设定到监测平台的监测中心，安置好农田中的测试装备后，将该装置与实验室进行连接，保证监测到的数据可以及时的传输到信息处理平台，将数据传输的范围控制在指定的距离内，以保证数据传输的有效性。还需要根据簇状网络结构图设置节点类型，把1号路由节点安置在农田的外围处，遮挡物少，便于保证通信质量，并使其它3 个节点监测范围能够覆盖整个农田，最后注意保证子节点离父亲节点的距离同样在100m 以内，实验设备如图2所示。

图2 实验监测点

3.2 测试结果与讨论

监测图像如图3 所示。

图3 监测图像

采集近一个月时间的蔬菜病虫害监测数据，绘制其温湿度和光照强度曲线，实验结果如图4 所示。

根据图4 可知，本文设计的监控系统性能良好，能准确地采集监测数据，并实时发送监测信息，具有有效性。

图4 实验结果

结束语

综上所述，病虫害防治对我国的农业发展来说至关重要，进行正确的病虫害防治可以提高农业生产量，避免其受到病虫害困扰，本文基于物联网设计了病虫害实时监控系统，经检测证明其性能良好，可以成功的实施病虫害实时监测，且其运行工作稳定，数据采集准确，有一定的应用价值。