农业物联网为农业生产环境的监控提供了新思路，可以实现农业环境的远程监测和控制，从而实现农业管理的智能化、网络化、综合化、多样化，是实现农业现代化的关键技术之一〔i -37。基于农业物联网的智能温室系统，可远程监测温室环境，并根据作物的环境需求实施精准的温室控制，从而科学高效的管理温室。因此，智能温室物联网研究是农业物联网研究的热点〔a-}l    2013年，何勇等Ll对农业物联网发展进行了综述，指出相比传统物联网，由于农业物联网工作环境恶劣、不易于值守、工作面积大且地形复杂及通信易受植被干扰等特点，因而对其感知层的可靠性、自诊断性、可扩展性和低功耗提出了特殊要求。Lazares-cu[A]cu对农业物联网的传感器网络的设计与传输协议的选择提出了功耗、软硬件冗余和成本等多方面具体要求，为农业物联网设计提供了参考依据。针对温室物联网的设计和实现，王怀宇等C}7提出了一种基于物联网的智能化温室设计方案，研究了物联网在农业温室大棚的应用。   

随着近年来物联网技术、网络技术、云服务和智能终端的快速发展，农业物联网的架构方案也需要更新和提高。本文提出了适用于智能温室的农用物联网架构方案，设计了基于该方案的智能温室远程监控系统，并应用于连栋塑料温室。其实现了对温室的智能感知与远程控制，具有可靠性高、监测范围广、可灵活扩展及运行功耗低的优点，满足了温室的智能运行和科学管理需求。

系统架构设计   

根据物联网架构层次定义〔9-10」和农业生产需求，基于农业物联网的智能温室系统自底向上分为感知控制层、网络传输层、应用层，另外为兼容各类终端接入添加终端接入层[[6]，如图1所示。   

1}感知控制层用于获取需要监测及用于控制的各类温室数据，以及对温室现场作动器进行控制。本层通过现场采集控制系统实现，其总体设计如图2所示。本层适合使用高可靠传感器网络采集温室环境参数，如基于RS485总线传感器网络及基于ZigBee的无线传感器网络等。本层还包括了用于控制温室设备的中央控制板;为降低成本和提高设备可靠性，适合采用嵌入式计算机提供现场计算服务，如基于ARM的微型计算机等。另外，为增加对温室的直观感知，本层添加了图像采集模块，包括图像采集设备和图像传输网关。   

2)网络传输层由数据传输与同步系统实现，主要负责温室环境数据的传输与同步，以及控制命令的下发。由于温室多处于网络基础设施薄弱的农村，本系统提供多种方式接入互联网，与云端应用层相连接，如GPRS,3 G,4G或有线网络等。   

3)应用层提供智能温室远程监控系统的核心服务，由数据中心、WEB服务器和智能策略学习控制系统3部分组成。数据中心用于将监测数据进行云端同步存储，并实现海量历史数据的存储;WEB服务器提供数据请求服务和控制请求服务;智能策略学习控制系统可通过海量历史数据进行数据挖掘，对温室环境控制策略机器学习模型进行训练，提供温室环境智能控制策略。   

4)终端接入层提供可视化界面，用户可对温室环境进行监测和对温室设备进行远程在线控制或选择控制策略。同时，本层提供历史数据导出服务，用户可导出任意历史数据用于科研分析等。2感知控制层设计与实现2.1传感器网络   

ZigBe。是基于IEEE 802. 15. 4标准的低功耗局域网协议，特点是复杂度低、自组织、功耗低，可灵活扩展网络覆盖范围。RS485具有抗噪能力强、传输距离长、实现成本低和多站能力。根据农业物联网的使用环境，本系统选用ZigBee和RS485组建传感器网络。其中，室内环境监测采用ZigBee无线网络，室外气象站传感器位置固定，采用RS485有线网络。2.1.1硬件组成    室内传感器网络硬件采用模块化设计，主要包括核心板模块、传感器模块和底板。其中，传感器节点和路由器节点包含所有模块，协调器节点不包含传感器模块。    核心板由TI公司的CC2530、外围电路及天线组成。CC2530是2. 4 GHz IEEE 802. 15 . 4和ZigBee应用的片上系统解决方案，集成了增强型8051 CPU，适用于温室的控制和测量。其中，协调器节点和路由器节点添加CC2591功率放大模块，以提高在温室内的通讯距离和降低丢包率 

传感器模块包括空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器和照度传感器。综合能耗、成本、输出方式和精度考虑，空气温湿度传感器选用SHT15，内部校准，数字信号输出，可提供高精度的空气温湿度数据，误差在10.50C/12%RH以内。土壤温湿度传感器选用MS10，模拟信号输出，误差在10.50C/13%RH以内。照度传感器选用B H1750FVI，数字信号输出，误差在1 lx以内。  

 底板主要包括电源管理模块和接口电路。电源管理模块包含太阳能电池板与铿电池充放电模块和传感器供电模块，通过收集温室太阳能并储存于铿电池实现传感器系统的长期无值守工作。对外接口包括RS485总线接口、核心板接口和传感器接口。    室外传感器选用智翔宇仪器MULTI一SP气象站和GZ - 300太阳辐射传感器，自带RS485接口可直接接入上层系统。

2.1.2  ZigBee网络定义   

ZigBee无线网络中的设备按其功能分为3种，即协调器、路由器和终端节点。协调器负责组建网络、维护并管理节点入网等行为，是ZigBee网络的通讯中心;路由器负责数据路由和路径选择，可以通过它方便地扩展网络覆盖范围;终端节点即传感器节点，负责具体的数据采集任务〔izl。终端节点和路由器通过无线信道向协调器上报传感数据，协调器再把接收的数据通过RS485总线上传至上层系统。   

在ZigBee网络中，协调器对于整个网络的组建、维护和管理，以及路由器的数据路由功能均由协议栈的功能函数实现。通过在ZigBee协议栈基础上开发自定义通信协议实现项目需要的协调器的广播指令、无线数据的解析、数据的缓存、与上层设备的串口通讯、传感器节点的数据采集、低功耗体眠和唤醒、数据解析和打包，以及电池状态监测上传等功能。