植物工厂通过计算机及传感设备对工厂内的植物生长环境进行监测与合理控制,使得植物生长不受或很少受到外界恶劣环境的制约。植物工厂的建设可以大大提升单位土地利用率,提高单位面积土地作物的产量,使得农产品生产安全无污染,操作省力。不过当前植物工厂因为技术成本高、线缆布置复杂、维护成本高、可移植性差、管理繁琐,而没有得到大范围推广。植物工厂内部环境监测与控制是植物工厂发展的重要内容,在植物工厂中,作物生长受光照、湿度、温度、CO2、营养等影响。利用植物工厂进行高品质的生产需要综合调节、周密管理,本文结合国内外植物工厂应用现状和技术特点,利用无线通讯以及计算机技术设计了一套基于ZigBee与Web服务器的植物工厂环境监控系统,对植物工厂的光照、温湿度、CO2以及土壤状况进行监测,实现了适用于植物工厂的远程监控。主要内容如下:(1)结合ZigBee技术进行植物工厂环境监控系统总体方案和硬件设计。选用合适的元器件与传感器,设计了基于ZigBee的植物工厂环境监控硬件系统,包括ZigBee终端节点、ZigBee协调器节点、监控中心等。终端节点主要是采集植物工厂中的环境数据并通过ZigBee无线网络发送给协调器节点,接收协调器节点发来的控制命令并执行。ZigBee节点包括核心电路、电源电路、RS485接口电路、控制电路等,根据设计的电路进行了 PCB板设计与系统调试。协调器用来进行信息与指令的接收与发送,这样可以节省资源,同时减少了植物工厂内部的现场接线,使得系统的可移植性更好。(2)基于IAR Embedded Workbench环境与C语言完成对ZigBee各模块的软件设计与开发,采用Modbus协议设计了系统传输数据与指令的数据帧格式,将Z-Stack协议栈与Modbus协议相结合,有利于提高系统的扩展性能。(3)在监控中心软件设计方面,基于B/S(浏览器/服务器)设计了 Web服务器。B/S结构方便用户对植物工厂内部的情况进行查看与控制,相对于C/S(客户机/服务端)架构设计,能够更方便快捷地进行维护,用户访问也更为迅速。具体设计方案包括采用了 B/S的系统结构,设计模式为MVC,利用Java语言进行开发,基于MySQL设计了系统数据库,并使用Hibernate框架连接,实现数据的高效存储与访问。基于HTTP设计了访问界面,方便用户的浏览与访问。针对建立服务器时所涉及到的技术也进行了简单的介绍,并完成从现场层到监控层的通信和系统各个模块的具体实现,用户能够在PC端实现对植物工厂环境的远程监测。(4)植物工厂监控系统试验及分析。对ZigBee组网进行参数配置与功能测试,对ZigBee传输性能进行测试,测试结果表明,在一定传输速率与距离下,ZigBee的丢包率很低,工作稳定,满足设计需求。在小型植物工厂内部,对多节点采集的温度进行统计,测试植物工厂监控系统的稳定性和可靠性,测试结果表明,系统软硬件工作状态良好,多节点传输稳定。