毕业论文：基于物联网技术的大田种植监测、管理与溯源系统设计.docVIP

学号 201206129139 成都农业科技职业学院毕业论文基于物联网技术的大田种植监测、管理与溯源系统设计学生姓名：张仕娥专业名称 物联网应用技术 指导教师 余 攀 2014年 12 月目录摘要31.建设背景32.方案概述43.系统组成53.1监测系统53.2智能管理系统53.3溯源系统63.3.1溯源系统介绍63.3.2溯源系统各部分功能64.系统功能描述74.1大田信息采集74.1.1环境数据采集74.1.2视频图像采集74.2智能监控74.2.1信息管理74.2.2视频监控84.2.3农业预警报警84.3智能控制功能84.3.1设置参数84.3.2.智能灌溉84.3.3科学施肥94.3.4病虫害防治94.4追踪溯源功能94.4.1农场田块管理94.4.2种植批次管理94.4.3农场批次管理94.4.4顾客查询105.系统架构105.1农作物栽培管理专家系统基本结构图105.2产品溯源系统116.系统网络拓扑图127.各子系统设计127.1 感知层127.1.1传感器137.1.2视频监控137.1.3设备供电137.2传输层137.2.1无线传感网络137.2.2路由器，交换机137.2.3供电设备137.3处理层137.3.1终端服务器137.3.2云服务平台147.3.3供电方式147.4应用层147.4.1电脑终端147.4.2手机终端148.项目实现支撑148.1系统的语言型工具148.2系统设计工具148.3编写设计语言的环境159.预算清单1510结论：1811.参考文献18小组成员分工：19摘要该研究方案从减少农产品生产的人力及物力资源，提高人们的生活质量的主题出发，提出了应用于500亩的大田种植，针对大田农作物种植，生长，收割到加工再到市场消费的系统方案。其中包括对大田种植的环境监测，及农作物的生长环境的检测及智能控制，另外体系中还包含了农产品的追踪溯源系统，主要用于度农产品从生产到加工一系列的信息记录。在科学分析农业物联网技术应用现状的基础上,提出了促进我国农业物联网发展的对策与建议。关键词：物联网 智能农业 RFID ZigBee 专家系统 1.建设背景近年来，在政府、科研机构及农业生产企业等的共同推动下，部分地区在农业物联网技术应用方面进行了积极的探索，已取得初步成效。不少地方利用温度、湿度、气敏、光照等多种传感器对蔬菜生长过程进行全程数据化管控，保证蔬菜生长过程绿色环保、有机生产。也有地方通过物联网技术，对农作物生长、畜禽和水产养殖等进行监测，可实现准确感知、及时反馈，提升农业决策指挥水平。有的地方应用物联网技术改造传统农业，可实现对农业用药、用水、用肥、用工状况的精确控制，减少浪费，促进农业节本增效。用现代信息技术改造传统农业、装备农业是实现农业现代化的重要途径。物联网技术是现代信息技术的新生力量，是推动信息化与农业现代化融合的重要切入点，也是推动我国农业向“高产、优质、高效、生态、安全”发展的重要驱动力。农业物联网技术集成先进传感器、无线通讯和网络、辅助决策支持与自动控制等高新技术，可以实现对农业资源环境、动植物生长等的实时监测，获取动植物生长发育状态、病虫害、水肥状况以及相应生态环境的实时信息，并通过对农业生产过程的动态模拟和对生长环境因子的科学调控，达到合理使用农业资源、降低成本、改善环境、提高农产品产量和质量的目的。现今人们越来越重视饮食与健康的关系，然而由于某些食品生产者和经营者法律意识和卫生意识淡薄，农药滥用现象尚未得到有效控制，导致农产品中药物残留与重金属等有害物质超标事件不时发生。农产品的质量安全不仅关系到农业的可持续发展，更是关系到人类身心健康，是亟待解决的社会问题之一。物联网(Internet of things)将相关物品通过信息传感设备，如射频识别装置、红外感应器、全球定位系统和激光扫描器等装置与互联网结合起来，实现智能化识别和管理。在现代农业领域，物联网可用来监视农作物灌溉情况、空气温湿度、农作物生长的环境状况以及大面积的地表检测，自动收集温度、湿度、风力、大气、降雨量等数据，为消费者提供基础数据。目前我国大部分蔬菜供应链系统多是人工作业，完全靠经验执行整个采购、运输、仓储、批发销售的供应链全过程，没有任何的自动化、系统化的管理，导致整个信息反馈不畅，各个环节难以掌控，在出现问题的时候，不能及时的发现和处理，导致许多环节出现窝工的情况。同时，在财务、车辆等方面的管理也浪费了大量的人力、物力、财力。 溯源系统是在产品时候生长及供应整个过程中对产品的各种相关信息进行记录存储的质量保障系统，其目的是让消费者对所购的农产品放心食用，不仅能够快速有效地查询到生产地点和加工环节。农产品溯源系统是追踪农产品(包括食品、饲料等)进入市场各个阶段(从生产到流通的全过程)的系统，有助于质量控制和食品安全。2.方案概述本系统应用于500亩的大田种植。其中基于物联网的大田种植监测与管理系统是针对农业大田种植分布广、监测点多、布线和供电困难等特点，利用物联网技术，采用高精度土壤温湿度传感器和智能气象站，远程在线采集土壤墒情、气象信息，实现墒情（旱情）自动预报、灌溉用水量智能决策、远程/自动控制灌溉设备等功能。 该系统根据不同地域的土壤类型、灌溉水源、灌溉方式、种植作物等划分不同类型区，在不同类型区内选择代表性的地块，建设具有土壤含水量，地下水位，降雨量等信息自动采集、传输功能的监测点。通过灌溉预报软件结合信息实时监测系统，获得作物最佳灌溉时间、灌溉水量及需采取的节水措施为主要内容的灌溉预报结果，定期向群众发布，科学指导农民实时实量灌溉，达到节水、节能的目的。其次本系统中还包含农产品溯源系统。农产品溯源系统应用于农田农作物管理及跟踪溯源， 可实现农产品从生长、发育、成熟到加工的各个环节的数据的采集，方便消费者对产品信息的查看并安心食用，同时也方便生产商对产品的管理与销售。3.系统组成3.1监测系统监测系统主要由组成，可实现远程实时监控并查看监控视频录像，在监控中心或异地互联网上即可随时看到作物的生长情况及生长环境情况，即可实时有效地可以查询历史视频数据，以便对比分析作物生长情况，为以后的大田作物种植储存经验。3.2智能管理系统智能管理系统主要由专家决策支持系统和信息处理组成，该系统数据库储存所有记录在案的大田信息，包括该大田的环境信息，所种植的农作物信息等。根据由感知层采集的数据。根据数据中心的专家系统、农产品种植知识库、农产品种植信息数据库的信息综合分析，或者系统会根据用户设置的数据和各种指标，同时综合分析数据库中的信息，发送预定的系统信息给用户，达到提醒用户的目的。当各种指标严重偏离正常指标时，系统会启动红色预警，同时会启动用户自定义的程序，自动下发预定的指令，控制各种有效的设备。3.3溯源系统3.3.1溯源系统介绍溯源系统是在产品时候生长及供应整个过程中对产品的各种相关信息进行记录存储的质量保障系统，其目的是让消费者对所购的农产品放心食用，不仅能够快速有效地查询到生产地点和加工环节。农产品溯源系统是追踪农产品(包括食品、饲料等)进入市场各个阶段(从生产到流通的全过程)的系统，有助于质量控制和食品安全。RFID射频识别系统能够有效的节约成本，提高企业运作的可靠性和可操纵性，突破各方面制约，使企业迅速成长并且规模化、集约化。在菜价越来越高的今天，怎样有效、科学、实时控制企业供应链各个环节摆在企业面前，竞争越来越激烈，蔬菜批发行业要在市场竞争中立于不败之地，必须要不断提高生产效率，缩短蔬菜的周转时间。根据市场调研和分析，整个蔬菜供应链物流行业可以通过信息化，可以大大提高生产效率，缩短资金的周转时间。RFID蔬菜食品追溯管理系统可从蔬菜采购、品质检验、蔬菜运输、蔬菜仓储、物流运输、配送、蔬菜销售各个环节都进行数据自动化信息采集。为用户提供全程实时动态跟踪查询;实现处理信息、系统运行状况、业务运作质量的监控管理，同时为各级管理者提供真实、有效、及时的管理和决策支持信息，为业务的快速发展提供支撑，使企业摆脱靠人的手工录入，靠经验主义管理，的陈旧模式。为企业提供准确，时时，动态，客观的一手数据，让企业管理决策者，可以全面，及时，准确的管理提供科学的数据依据。从此全面降低成本，提高利润和竞争力。3.3.2溯源系统各部分功能包含农场经营管理、农产品流通及顾客跟踪溯源。在农场管理部分，系统记录所有田间地块的基本信息及作物生长批次的主要信息，包含田块、年份、季节、月份、日期、作物种类、人力耗费、化肥、农药、农机等农资的耗费，作物生长情况日志记录，包括长势、气候情况、农作物灾害、田间管理等情况。在加工流通管理部分，系统记录加工批次、工序、添加剂、保质期、货物物流环境与物流信息。设计推出的RFID农产品追溯管理系统。该系统遵循蔬菜配送批发行业现在的相关手续和流程，采用RFID射频无线识别技术对蔬菜配送的整个环节进行管理控制，及时、准确，流程可追溯。当顾客购买到农作物后，顾客可以通过手机拍摄货物标签上的二维码来了解农作物的产地、生长环境、流通情况，确保顾客买的放心，产品出现问题可以追溯。4.系统功能描述4.1大田信息采集4.1.1环境数据采集通过传感器采集空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤湿度、光照度等实时环境数据。4.1.2视频图像采集视频监控系统是通过安装无线高清摄像头通过同轴视频电缆将图像传输控制主机，并可以保存录像文件。4.2智能监控4.2.1信息管理将采集模块中采集到的大田信息，通过无线传输，上报到中心数据库中，并进行云存储。进行后台统一管理。4.2.2视频监控远程实时查看温室视频监控视频，在监控中心或异地互联网上即可随时看到作物的生长情况。并且，可以查询历史视频数据，以便对比分析作物生长情况，为以后的大田作物种植储存经验。4.2.3农业预警报警系统灵活的设置各个不同环境参数的上下阀值（或者由用户自主设置）。一旦超出阀值，系统可以根据配置，通过手机短信、系统消息等方式提醒相应管理者。用户可以通过视频监控记录查看田间情况，然后采取合理方式应对田间具体发生状况。同时如果发现非正常运行的设备，也能通过短信或系统消息及时传输到控制主机，保证系统稳定运行。主人离开大田现场，利用各种终端设备，开启另一预警防护。当陌生人进入田间时，也会触发报警器，传输到用户的中心处理中心。4.3智能控制功能4.3.1设置参数系统可通过控制器或后台监控系统设置各类环境参数和不同农作物的生长参数，以便智能控制。4.3.2.智能灌溉（1）、具有自动灌溉、定时灌溉、周期灌溉、手动灌溉等多种模式，用户可根据需要灵活选用灌溉模式。 （2）、可实现中控室控制，手机短信、现场遥控及现场手动等多种方式控制。（3）、灌溉系统会根据用户设置的数据，时节和土壤环境的水分。同时根据数据库中的信息综合分析，自动喷洒适合的水资源。4.3.3科学施肥根据数据中心的专家系统、农产品种植数据库、大田信息数据库的信息综合分析，实现对大田农作物的合理科学施肥。4.3.4病虫害防治根据数据中心的专家系统和农产品种植数据库的信息分析，将情况以预留的短信消息的形式或系统信息发到用户手机上，使用户能够自主远程控制喷洒药水。4.4追踪溯源功能4.4.1农场田块管理农田田块管理应包括农场的所有田块信息，每个田块信息应包括：田块的编号、田块的面积大小、田块的海拔高度。此外每个田块信息还包括田块的土壤的肥沃程度、PH值、土壤湿度、温度、土壤有机物含量，以及土壤的光照强度和土壤的二氧化碳浓度。4.4.2种植批次管理每次田地种植一批作物作为一个种植批次，种植批次管理应包括田块种植的年份，种植的季节，种植日期，种植种类，批次负责人，种植方式（间种、混种、单种等）、收割方式及收割管理。4.4.3农场批次管理对每一批次的种植作物进行跟踪管理，包括时间、农事类别（翻土、施肥、除草、播种、浇水、病虫害防治）、所用费用（种子、肥料、农药等）、备注。4.4.4顾客查询顾客购买农产品时，可以通过手机对农产品包装上所附的二维码或条形码进行扫描，从而获得产品生产过程中的细节，例如农药的使用情况，植物的施肥，是否正常情况下使农产品成熟的信息。5.系统架构5.1农作物栽培管理专家系统基本结构图图15.2产品溯源系统图26.系统网络拓扑图专家决策支持系统农产品追踪溯源图37.各子系统设计7.1 感知层通过各类传感器对大田各数据的信息进行采集，在设备上的RFID标签和用来识别RFID信息的扫描仪、感应器，并且通过一系列的感知设备达到信息采集的目的。7.1.1传感器采用各类高精度的无线传感器，采集大田的信息数据。7.1.2视频监控 摄像机 ：无线IP网络摄像机360度，WIFI传感网络，对检测到的图像信息使用WIFI进行传输。7.1.3设备供电设备供电系统由最新的太阳能供电。7.2传输层7.2.1无线传感网络3G无线网关：将Zigbe信号转化为3G信号进行传输。利用无线WIFI。7.2.2路由器，交换机3G无线路由器、交换机，用于传输局域网和广域网的数据。7.2.3供电设备采用标准220V电源供电7.3处理层7.3.1终端服务器采用电脑作为服务器终端7.3.2云服务平台采用云服务器，对大量的信息进行处理和保存7.3.3供电方式采用220V标准电压供电7.4应用层7.4.1电脑终端采用台式电脑或者笔记本电脑以无线网络与数据处理中心相连，实现远程操作。7.4.2手机终端采用智能手机作为终端，对采集的实时信息进行查询，并且可以实现简单的远程操作，解决应付一些突发事件。8.项目实现支撑 8.1系统的语言型工具程序设计语言、知识工程语言；8.2系统设计工具辅助型工具、支持工具（D3射频卡读写器）；8.3编写设计语言的环境Microsoft Visual C+ 6.0、Visual Studio 2012、SQL server 数据库。9.预算清单序号产品名称规格型号配置、参数单位数量单价（元）总价一软件部分1服务器RS120-E5/S(X3220)二级缓存容量: 8MB内存类型: ECC刀片式服务器结构: 1U接口类型: IDE最大支持CPU个数: 1个标配内存: 2GB硬盘容量: 250GB处理器主频: 2.33GHz服务器类型: 机架式台52500.0012500.00二大田种植现场物联网设备部分1空气温湿度传感器SC/FX测量范围：16个方向（360度） 测量精度：5% 输入电压：DC5V24V 输出信号：开关信号/电流信号/电压信号个10200002000.002土壤温湿度传感器TR-TW量 程：-30120 输出信号：420mA 测量精度：0.2工作电压：924V稳定时间：1秒 工作温度：-4075个10250.002500.003光照传感器BH1750FVI尺寸：67mm X宽27mm X高16mm主要芯片：BH1750传感器工作电压范围：DC 3-5V工作电流：1.7mA（5V）个10300.003000.004PH值传感器AZ8685分辨率：0.1测量范围：060操作温度：050操作湿度：70个25500.0012500.005视频摄像H10镜头大小规格:6mm呈像颜色:彩色型号:h10焦距:6mm焦段:广角清晰度:600线感光面积:1/3英寸台11000.001000.0063G 网关华为 E261网络类型:3G多合一品牌:Huawei/华为按华为型号:E261接口类型:USB上网卡设备类型:3G上网卡个5268.001340.00三控制设备部分1继电器TS35输出形式：电压0-5V输出/电压0-10V输出电流4-20MA输出/网络RS485输出控制输出：一路继电器输出输入指示：LED台5800.004000.002喷、滴灌BS320工作电压：0220V静耗电流：30A适合水压：0.05-0.8MPS接口：4-6分接口套5960.004800.00四1电线线缆、通讯线缆、埋线管材0.58纯铜传输速度: 100Mbps交换机类型: 百兆交换机接口数目: 9个无线传输速度: 300Mbps有线传输率: 10/100Mbps无线传输速率: 300Mbps箱6400.002400.00五终端设备1笔记本电脑Apple/苹果ME864CPU平台: Core/酷睿 i5Intel Core/酷睿 i5: i5-4250U显卡类型: 集成显卡集成显卡型号: Intel HD Graphics 4000显存容量: 共享内存容量机械硬盘容量: 无机械硬盘固态硬盘: 128G内存容量: 4GB台18750.008750.002台式电脑华硕INTEL显卡类型: 独立显卡独立显卡型号: 其他/other显存容量: 1GB硬盘容量: 500GB光驱类型: DVD-RW功率: 420W台15640.005640.003智能手机iPhone 5S机身颜色: 金色 深空灰色 银色运行内存RAM: 1GB机身内存: 16G 32G网络模式: 单卡双模台16555.006555.004RFID标签规格：15 x 30mm, 25mm Dia, 35 x 35mm,材质：PVC, PET, 纸质片1000.50500.005读写器SG-0804工作频率：国标（920925MHz）读写距离：读标签最大距离：8m写标签最大距离：4m标签协议：ISO18000-6C (EPC GEN2)ISO1800