基于物联网技术的智慧农业系统设计

基于物联网技术的智慧农业系统设计 摘 要 随着我国经济与社会的快速发展 农业现 代化已经影响我国整体现代化的发展步伐 急需加快发展 现代化农业 高科技应用于现代农业已成为我国农业发展 最根本 最关键的出路和措施 关键词 物联网 智慧农业 温室 随着科技的进步和各领域的产业升级 物联网应运而 生 物联网等信息技术与农业的结合产生了智慧农业的应 用 例如 设定好科学值 每当大棚内环境出现超出范围 的变化 系统会自动提醒 在手机能进行通信的地方就能 进行信息采集和控制 操作人员一手拿着智能手机就可以 使用蔬菜大棚智能管理系统 操作人员在手机屏幕上轻轻 一点 远方大棚内的灯光就能在瞬间全部亮了起来 通过 这种智能管理平台的应用 农作物的幼苗成活率从过去的 40 50 提高到目前的现在的 90 以上 这正是智慧农业的 一种应用场景 也是智能农业对农业生产水平提高的体现 1 智慧农业的内涵 智慧农业目前没有标准的定义 下面列举一些学者和 专家给出的他们自己对于智慧农业的理解 在 2009 年的中国农村信息化年度峰会上 北京农信通 公司董事长李愚对智慧农业进行了阐述 他指出智慧农业 是指通过计算机 物联网等高科技的综合应用 使农业生 产向精准农业 智慧农业方向发展 通过农业产业升级提 高农业生产效率 中国农业科学院农业信息研究所周国民在 浅议智慧 农业 一文认为智慧农业是利用现代信息技术 与感知技 术 智能控制技术结合 更加智慧提高农业系统竞争力 促进农业可持续发展 实现有效降低能耗和环保的农业发 展目标 从这些定义可以看出 与传统农业或者在农业中引入 简单的信息化手段相比 智慧农业属于农业信息化的高级 阶段 是物联网等信息化技术的深入应用 其内涵主要是 通过智能化实施采集农业生产环境并对生产环境进行控制 对农业生产进行标准化生产 进行高效的农业生产 实现 农业集约化发展 并通过智慧农业系统 为农业生产者提 供信息化服务 通过智慧农业将技术应用到农业生产 从 而实现农业生产的集约化管理和规模经营 将信息化技术 应用到农业生产中 智能化决策系统 用到到农业生产中 使传统农业生产逐步提高到智慧农业生产阶段 2 智慧农业物联网三层体系架构 基于物联网的智慧农业系统分为三个层次 感知层 传输层 网络层 和应用层 1 智慧农业感知层 该层主要包括农业生产场景中各种农业生产信息的采 集 进行智能控制的信息的接收和执行 可以通过各种设 备 主要是各种类型的传感器设备 采集的农业现场的信 息包括很多种 2 智慧农业传输层 传输层是智慧农业的神经中枢 该层的主要涉及将感 知层采集的各类信息 通过物联网网络进行汇总 并将各 种农业信息进行融合 通过有线或无线方式 向智慧农业 信息平台网络发布 网络层包含通信技术与计算机网络技 术的结合的网络 信息中心和数据处理中心等 3 智慧农业应用层 该层涉及的任务是将传输来的信息进行分析和处理 并根据信息进行分类和数据挖掘 为农业决策提供数据依 据 并对农业生产设备进行远程控制 农业生产智能化和 智慧化 3 智能农业温室大棚设计 智慧农业系统将将信息化 智能化等高科技技术应用 到农业生产 提高农业生产效率 常见的设施就是智能农 业温室大棚 3 1 智慧农业温室大棚系统结构 基于物联网技术的智能温室大棚系统是将无线传感网 络 视频监控系统 移动互联网业务平台 电机设备 智 能温室大棚管理系统以及用户终端设备等组合起来 远程 采集温室内的各种农作物生长的环境参数 通过各种数据 的分析处理可以对温室内的农作物生长情况进行远程诊断 能人工或自动操作远程物联网智能设备 进行系统配置 实现远程适时便捷的控制功能 温室管理者也可根据采集 的信息或处理分析后的数据 利用固定设备或移动设备 如手机 终端进行远程操作 选择实现温室大棚的智能 设备控制功能 从系统组成上 基于物联网技术的智能温室大棚涵盖 了物联网技术所涉及的三层结构 即全面感知 可靠传输 层及智能应用层 3 2 Zigbee 网络 作物生长的各种环境参数如温度 温度 光照 PH 值 等需要对应的传感器转换成电信号以便系统的分析与处理 Zigbee 网络是一种点对点网络 可应用于有线设备难以部 署的区域 它不需要固定网络支持 具有快速展开 抗毁 性强等特点 在农业农情监测上具有突出的优点 Zigbee 定义了三种节点 Zigbee 协调节点 Coordinator 路由节 点 Router 和终端节点 End Device 3 3 网络传输 温室大棚现场 服务器和终端设备之间主要依靠 3G 网 络和 Internet 实现相互通信 我们可以把传感器网络 摄像 照相 设备采集的数据通过 3G 网关转发至运营商的 3G 网络 最终传输到位于 Internet 上服务器的智能大棚管理系 统 3G 网关 Gateway 是通过 3G 网络接入互联网设备 是物联网温室大棚现场与互联网连接的枢纽 通过 3G 网关 将 3G 移动通信网络与无线传感器网络 视频监控系统 PLC 电机控制设备等融合起来 将物联网系统中不同速率 不同类型的应用业务提供一个适合的网络传输平台 3G 网 关感知来自 Zigbee 无线传感器网络的信息 各传感器采集 的数据信息 接收来自客户端的设备的控制信息 从而实 现对无线传感器网络的实时感知 对相应 PLC 电机设备的 自动和手动控制 4 软件设计模型 根据智慧农业生产需求以及软件设计方法 将该智慧 农业系统软件设计划分为用户界面子层 业务逻辑子层 应用服务子层三层 用户界面子层是人机交互的接口 业 务逻辑子层是系统的核心功能部分 应用服务子层是包含 信息存储和网络通信模块等 5 总结 通过基于物联网技术智慧农业系统总体技术体系及结 构框架 我们对智慧农业系统及软硬件设计有了初步的了 解 智慧农业将会在我国使用越来越广 参考文献 1 中国电信智慧农业研究组 智慧农业 M 北京 电 子工业出版社 2013 2 李雪刚 基于物联网的农业环境监测系统的研究与设 计 D 天津大学 2011 3 王汝传 孙力娟 物联网技术导论 M 北京 清华大 学出版社 2011 4