[发明专利]基于无线网络及树莓派节点的农业物联网传感器通信方法

说明书

本发明属于农业物联网设备及信息处理技术领域，公开了一种基于无线网络及树莓派为节点农业物联网传感器通信方法，采用树莓派开发平台作为采集节点，负责采集各个USB接口的数据并进行汇总处理；基于对ZigBee协议栈及无线芯片进行分析，搭建无线传感器系统的终端节点，构建基于USB接口的协调器；协调器使UART方式与上位机进行通信。本发明设计的无线传感器系统不仅使用方便，其树莓派平台的片上系统也可对传感器数据进行二次处理，可为进一步进行传感器节点智能化处理奠定基础；本发明无线网络协议需具有低功耗、低成本、支持大量网上节点、安全等特性，两节点在短距离内可稳定通信。

技术领域

本发明属于农业物联网设备及信息处理技术领域，尤其涉及一种基于无线网络及树莓派节点的农业物联网传感器通信方法，具体涉及一种基于ZigBee无线网络及树莓派为节点的农业物联网传感器系统及通信方法。

背景技术

目前，最接近的现有技术：

农业是中国的基础产业，我国政府一直都非常重视农业发展，但城镇化和土壤荒漠化使可耕种土地面积逐年减少。在不能增加耕地面积的情况下，通过现代化科技提高农作物产量就显得尤为重要。

然而，根据多年的调查显示，由于城市快速发展等原因，我国耕地面积正逐年下降。仅在1996年到2003年七年间，全国耕地面积减少近1亿亩，年均减少近0.8％。除城镇化和土地荒漠化外，我国在农业种植过程中大量使用农药、化肥等无机物导致耕地质量下降。而过度使用化肥、农药等无机物使土地盐碱化严重，其他植株抗药性也逐年增加，富余未吸收的无机物随雨水化为化学污染物。根据现阶段预测，我国的可耕地面积仍会逐年减少。

在这种严峻情形下，以小规模粗放劳作为主的传统方式依然是我国农业的主要生产、经营模式。由于传统农业生产规模小、组织化程度低，导致我国农业劳动生产率低下。而作为已实现农业现代化的发达国家，美国、法国、德国的人均劳动力所负担耕地面积分别是我国的145倍、55倍、45倍。同时，由于我国现阶段正处于人口老龄化阶段，同样也引起农业老龄化问题。农业老龄化加大农业生产中的劳动力成本，使农产品价格逐年变高。但城镇化、土地荒漠化等原因导致可耕地减少，要实现现阶段正常的粮食安全保障，必须通过其他方式在现基础农作物产量上增产30％以上。因此，快速推进我国农业现代化、加快转变农业发展方式，是我国农业发展的当务之急。

农业现代化是指从传统农业向现代农业的转变，以现代科学、现代工业为基础，通过计算机技术、生物技术、机械自动化等方式装备农业。用现代经济科学来管理农业，创造高产、优质、低成本的农业生产系统，使其成为一个具有高生产效率、可合理利用资源的农业生态系统。农业现代化不仅仅是技术的改变，而是涉及广泛且全面的历史过程。它既是历史概念，也是全球概念。农业现代化的目标是建立发达农业、建设富裕农村、为广大人民创造良好生活环境。

农业现代化利用先进设备取代传统劳动力，大大提高农产品的生产效率。在生产阶段，通过监测环境数据，根据气象、土壤等农作物生长的关键因素合理分配资源。最终实现营销、贸易、工农业的一体化，通过现代化提高农业经营效率，增强农业抵御自然和市场风险的能力。

在上世纪90年代，美国已开始对无线传感器网络的研究。主要由美国加州大学、康奈尔大学等用于军事方面的研究，通过无线传感器网络来实现对战时环境监测、敌我识别、复杂天气下军队指挥等重要功能。之后数年，又有多个美国高校开始对无线传感器网络进行研究，无线传感器网络逐渐由军用向民用过渡。在发展无线传感器网络的同时，由美国国家标准技术研究所和IEE传感技术委员会联合制定传感器网络的相应协议和标准，并于1997年推出无线传感器网络的软硬件接口IEEE1451标准。在2002年的夏天，英特尔公司的In-Suit小组在“大鸭岛”放置30多个传感器用于对岛上的气候以及候鸟的迁徙进行无线监控。经过几十年的发展，其无线传感器网络技术已经相当成熟并被大量的用于农业上，其中比较著名的例子是位于美国的佐治亚州的智慧农场系统。此系统结合基于无线网络的视频监控以及GPS精准农作物种植技术。除此之外，美国还建成农业领域中最大的网络系统。