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田间作物在生长过程中容易受到外界环境的影响。对于这些环境参数的检测和管理,传统的农业管理主要是依靠人的经验进行判断,这种模式存在数据不准确、不全面的缺点。随着农业物联网技术的广泛应用,通过传感器对环境参数的实时检测、无线传感器网络的远距离数据传输和远程监控等先进手段组成的物联网系统也给农业管理提供了新的管理模式,使农业管理更为精细化和现代化。因此,本文设计了一个基于Arduino和LabVIEW的田间环境监测系统,旨在实现对影响作物生长的空气温湿度、光照强度和土壤湿度等环境参数的实时监测,以及实现远程控制灌溉作业等功能。本文的主要内容如下:(1)基于Arduino的系统节点设计。一方面以Arduino开发板作为节点的处理器模块构建了系统的终端节点、汇聚节点、路由节点和网关节点;另一方面是在Arduino IDE编译环境下为各个节点进行软件系统的设计。系统中,终端节点主要实现数据采集和通过接收作业指令来执行灌溉作业的功能;汇聚节点实现对终端节点上传的数据进行数据处理的功能;路由节点用于数据的多跳传输;网关节点则负责管理系统的所有节点和作为系统节点与上位机系统数据交流的桥梁。(2)基于LabVIEW的上位机系统设计。上位机系统主要由基于LabVIEW平台设计的客户端软件和OneNET云端应用两部分组成。客户端软件具有通信、存储、异常数据示警和显示等功能,同时采用HTTP协议将数据上传至OneNET云端服务器和采用TCP协议下达灌溉指令至网关节点。OneNET云端应用是以客户端软件上传的数据为数据来源,便于用户通过智能终端来查询系统的实时监测情况。(3)ZigBee无线传感器网络。系统通过搭建ZigBee无线传感器网络实现系统各个节点之间的数据通信。在网状型网络拓扑结构的基础上设计适合系统的网络结构,并进行系统数据在该网络传输的协议约定设计。(4)数据的处理。汇聚节点作为系统数据处理的节点,采用基于卡尔曼滤波的数据处理方法进行数据处理,最终每一个环境参数都会得到一个最优估计值。这个最优估计值将作为此次数据采集中该环境参数的检测值并被客户端软件接收。(5)监测系统的测试。通过对系统的运行情况和数据处理性能仿真两方面的实验来论证了监测系统的可行性。其中系统的运行测试包括系统节点和上位机系统的运行测试,以及灌溉作业的模拟测试。系统的数据处理性能仿真则是对基于卡尔曼滤波的数据处理方法进行仿真。结果表明,系统运行状况稳定,数据处理能将数据稳定在合理范围。