物联网结课论文

1、物联网技术在蔬菜温室大棚生产中的应用 班级： 姓名： 学号：2016年12月25日目录一 绪论11.1 研究背景及意义11.2 国外研究现状11.3 国内研究现状2二 农业物联网及其关键技术22.1 农业物联网的概念22.2 农业物联网关键技术32.3 物联网技术在农业生产中的有效应用3三 物联网技术在蔬菜温室大棚的应用43.1 蔬菜温室大棚控制系统构建43.2 蔬菜温室大棚物联网自动控制系统43.2.1 数据采集系统43.2.2 数据传输系统43.2.3 数据分析系统43.2.4 生产操作系统53.3 蔬菜温室大棚控制系统的主要功能53.4 蔬菜温室大棚控制系统的具体工作5四 结 语6五 附

2、录7一 绪论1.1 研究背景及意义我国是一个农业大国，尽管农业作为我国的第一产业有着重要的地位。但是随着城市化、工业化的加快，导致目前农村务农人数不断下降，适龄劳动力大量涌入城市，在农村滞留的大量留守老人和儿童成为当前农村的现状。为了解决送种城市化的趋势所带来的农业生产经营模式的改变，政府大力推进±地流转政策完善，使得原先的传统个体小规模农业模式慢慢转变成大规模合作社农场模式。在当前互联网思维得到广泛传播与接受的时代趋势下，通过科学技术手段和现代通讯手段来促进农业生产任务的完成成为当前农业界理论和时间应用研究的热点1。在这种背景下，物联网技术的发展与兴起，为实现农业智能化、信息化提供

3、了现实实践基础。从当前的社会发展格局来看，我国作为一个拥有庞大人口基数的农业国家，要满足十几亿人口需求量和要求质的农作物产品问题是一个大问题2。因此十二五规划明确提出了推进农业现代化，加快新农村建设，统筹城乡发展，加快发展现代农业这个观点，使得智能农业成为我国现代农业发展的主旋律，为我国大力推进现代农业提供了一种科技化发展的途径。推动着我国的传统农业向精细化和智能化演进。智能农业指的是在农产品的生产过程中，通过智力技术知识和各种类型的高科技信息的整理与合成、分析，从而使得信息和核也技术成为农业发展的基础和核也，由此而衍生出一个以信息和技术咨询服务为基础的农业新产业线，对农业的増长的贡献极为重要

4、。从这个基本涵义来看，生产主体信息化与生产过程智能化构成了智能农业的整体。其中，生产主体信息化通过进行农村综合信息平台建设、农村信息服务站建设、农村宽带普及工程、新型农民培训计划推进农村通讯网融合试点和农村信息化示范工作让农业生产劳动者融入信息智能社会。而后者面向农业的生产过程，重点是通过引入新的智能技术收集农业信息，改善农业生产模式。通过大数据的统计，运用云计算和统计软件进行数据分析，针对当前的形式进行合理布局，力求实现将传统的粗放型农业向智能农业转型，由此提高农业生产效率及产品附加值等，提高运营收益，创新赢利点，有效推进我国的农业产业进行进一步的升级。1.2 国外研究现状1999年，美国麻

5、省理工学院Auto-ID实验室由于成功的实现了产品电子编码，因而提出了利用射频、无线网络与互联网进行整合，从而构建物物互联的物联系统。随后，国际电信联强（ITU）在1997年到2005年的几年间，发布了份ITU Internet Report研究报告。2005年，国际电信联盟还发布了物联网研究报告，对物联网进行了巧妙的概念的系统性构建，推动了物联网概念在全世界各国的推广，引起了人们的重视。不少财力雄厚的大公司积极对物联网技术进行了开发，并在物联网基础上进行的土壤结构转变、专用品种的培育、肥水灌溉管理、农业大棚环境调控等方面研究可谓是成果累累；2007年，克尔斯博公司开发了一款监测系统，该系统为

6、无线环境检测，可以实现对农业环境的全方位的实时监测，有全自动的智能灌溉、霜冻监测和施肥驱虫等功能，有效的提高了农产品的产出率。Fourtec公司基于传感数据记录与环境监测技术，建立起了智能化的设施大棚， Phyto-sensors group公司为了测量叶子温度、液流率、茎粗、果实大小、光合作用等各项作物生理参数而设置的高端植物传感技术，该技术集成了叶片温度、茎流水势、茎粗、光合和蒸腾传感系统。可见，基于计算机技术、技术、通讯技术的系统工程开发、大数据统计、信息决策系统、智能决策链等正在形成系统的研究。在美国的智能农业圈中，构建了一个从大棚信息的采集到具体的大棚农业生态环境的信息的传输处理再到

7、生态农业信息发布的分层体系生态结构。从而使农业生态环境信息系统得完整的构建，其在气候、土壤和水等数据方面的采集和发布作用得到了美方政府的认可和重视，高压雾化降温、加湿系统、湿帘降温技术在智能农业技术圈里拥有数一数二的地位。而法国的智能农业专家，开发出通信卫星空中数据搜集与反馈、分析，能及时发现灾害气候，对地面接收站发出预告，并能对灾害可能引起的相应病虫害进行预测，让地面系统提前形成防御方案。并利用智能检测与实施系统进行土壤环境进行精确的数据分析，根据种植农作物的种类的不同具体需求，调节和改善种植环境，不需要人工的全机械化自动化的施肥、灌概、打药。而荷兰还研发出一个针对智能大棚的自动化控制系统，

8、可根据种植的农作物对不同季节、不同时刻的温湿度要求，通过终端的数据整合与分析来实现对大棚内的温湿度、光线、二氧化碳浓度等数据进行适当的调整。在亚洲，日本智能农业专家开发出了智能栽培技术，计算机控制系统可通过对温度、湿度和肥料等多因素监测，并通过反馈回的数据而进行系统的随时调节，将这些环境因子调控成在最适合大棚内农作物生长发育的水平3。从欧美的研究现状到亚洲的研究现状来看，信息技术在智能农业大棚的建设和应用在全世界范围不断的向前发展，其中所用的技术紧随世界科技潮流，走在科技的前沿。1.3 国内研究现状随着物联网在全球范围得到了快速的发展，我国政府也开始重视物联网技术的研究与发展。2009年，当时

9、的国务院总理温家宝在讲话中提出感知中国这一概念，这个概念的核心内涵就是要在全国范围内大力发展物联网技术及在其基础上衍生发展的产业。2011年，在工信部发布的物联网十二五发展规划中可见，在我国，物联网的发展可促进我国经济的长足发展和社会的快速进步。而今，随着大数据、云计算、云储存等让风头正劲的互联网成为了产业升级的突破口。在此基础上的互联网农业，正式成为了目前智能农业物联网发展的前进方向。农业物联网是物联网体系的重要組成部分，是未来的产业蓝海，它是一个在农业生产、经营、服务、管理、决策流程中坚决贯彻和执行智能化科技手段的信息网络系统。有强大的物联网技术做奠基，农业物联网在建立农业生产规模化、集约

10、型农业生产经营管理方式，控制农业生产环境因子，可在整个农业生产过程中起着积极的意义，是传统农业依靠新兴技术走向现代农业一个重要途径。二 农业物联网及其关键技术2.1 农业物联网的概念农业物联网就是物联网技术在农业生产、经营、管理和服务中的具体应用。按照物联网技术架构，农业物联网仍然通过“感知传输应用”的途径来实现在农业的应用。“感知”就是运用各类传感器，如温度传感器、湿度传感器、光传感器、PH 值传感器、CO 2 传感器等设备，广泛地采集大田种植、设施园艺、畜禽水产养殖和农产品物流等环境中的温度、相对湿度、PH 值、光照强度、土壤养分、CO 2 浓度等物理量参数信息 ；“传输”就是建立数据传输

11、和格式转换方法，通过局部的无线网络、互联网、移动通信网等各种通信网络交互传递，实现农业信息的有效传输；“应用”就是将获取的海量农业信息进行融合、处理，使技术人员对多个大棚的环境进行监测控制和智能管理，保证农作物有一个良好的、适宜的生长环境，达到增产、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的，进而实现农业生产集约、高产、优质、高效、生态和安全的目标。2.2 农业物联网关键技术按照物联网的技术架构，综合已有的技术研究，农业物联网关键技术主要包含农业信息感知技术、农业信息传输技术和农业信息处理技术4，如下图2-1图2-1 农业物联网关键技术2.3 物联网技术在农业生产中的有效应用虽然农业物联网技术

12、逐渐成熟，在农业发展应用中具有广阔的前景，但是，物联网技术应用成本较高，对于低利润、低效益的农业来说，显然存在市场推广困难的问题，所以，物联网技术比较普遍的还是在设施农业上应用设施农业具有高投入高产出，资金、技术、劳动力密集型的特点。它利用人工建造的农业专用设施，使传统农业逐步摆脱自然的束缚制约，走向现代农业的规模化、工厂化，推动农业生产的生态、环保、安全，同时通过反季节新鲜农产品上市销售，打破传统农业的季节性限制，提高农产品经济效益，满足市场多元化、多层次的消费需求。其主要的设施包括玻璃或 PC 板连栋温室 ( 塑料连栋温室 )、外遮阳连栋温室、塑料大棚、日光温室、小拱棚 ( 遮阳棚 ) 等

13、，用于蔬菜、水果、花卉种植以及养殖业。其中，塑料大棚是我国南北方农业生产普遍采用的温室形式，塑料大棚的结构分为竹木结构、全竹结构、钢竹混合结构、钢管装配结构、钢管 ( 焊接 )结构以及水泥结构等。由于塑料大棚成本相对日光温室较低，通风透光效果好，使用年限较长，农民专业合作社及农户易于接受。因此，在塑料大棚推广应用物联网技术，能够改变自然环境，为农作物生产提供相对可控制甚至最适宜的温度、湿度、光照、水肥等环境条件，从而在一定程度上摆脱对自然环境的依赖，进行有效的生产管理，是当前最具活力的现代新农业。三 物联网技术在蔬菜温室大棚的应用3.1 蔬菜温室大棚控制系统构建一个完整的蔬菜温室大棚自动控制系

14、统包括数据采集、数据传输、数据分析和生产操作系统等部分，每个部分在蔬菜生产中具有不同的功能，这些功能组合起来完成蔬菜生产的全过程。图3-1所示是基于物联网技术的蔬菜温室大棚的自动化结构图。图3-1 基于物联网技术的蔬菜温室大棚的自动化结构图73.2 蔬菜温室大棚物联网自动控制系统3.2.1 数据采集系统数据采集系统由无线发射模块、太阳能电池板、支架、蓄电池等组成 ；现场的监测元件包括温度监测、湿度监测、CO 2 浓度等监测元件。数据采集系统主要负责温室大棚内部的光照、温度、湿度和土壤含水量以及视频等数据的采集和控制。3.2.2 数据传输系统数据传输系统由数据采集传感器，包括温度传感器、湿度传感

15、器、光照强度传感器、光合有效辐射传感器、土壤温湿度传感器、CO2 传感器、风向传感器等组成。传输方式：外部网络以基于 IP 网络技术和 GPRS 通信网络为基础进行传输；内部网络则采用短距离、低功率的 ZigBee 无线通信技术。基于ZigBee 的无线传输模式中，传感器采集的数据通过ZigBee发送模块传送到中心节点上，同时，用户终端和一体化控制器间传送的控制指令也传送到中心节点上，中心节点再经过边缘网关将传感器数据、控制指令发送到上位机的业务平台。技术人员可以通过有线网络或无线网络访问上位机系统业务平台，实时监测大棚现场的传感器参数，控制大棚现场的相关设备5。3.2.3 数据分析系统数据分

16、析及显示部分包括电脑、软件、无线接收模块、报警系统，依据不同的环境、作物、生长期，实施不同的控制方案。3.2.4 生产操作系统该分系统包括的灌溉控制系统可进行滴浇灌和微喷雾系统的控制，实现远程自动灌溉 ；土壤环境监测系统则利用土壤水分传感器、土壤湿度传感器等来实时获取土壤水分、湿度等数据，为灌溉控制系统和温湿度控制系统提供环境信息；温湿度监控系统可利用高精度传感器来采集农作物的生长环境信息，设定环境指标参数，当环境指标超出参数范围时，可自动启动风机降温系统、水暖加温系统、空气内循环系统等，以进行环境温湿度的调节6。3.3 蔬菜温室大棚控制系统的主要功能利用物联网技术建设的蔬菜温室大棚，主要的功

17、能就是搭建温室大棚来控制蔬菜的生长环境，使蔬菜获得最佳的生长环境，增加产量，以实现跨季节的蔬菜培育。按照物联网技术的功能要求，蔬菜温室大棚控制系统的主要功能有8：（1）监测和告警功能。对温室大棚实时监测和告警是基于物联网的蔬菜温室大棚的基本功能。使用无线传感器可以实时采集大棚内的环境因子，包括空气温度、空气湿度、土壤水分、土壤温度、光照强度等数据信息及视频图像信息，再通过 GPRS 网络传输到数据中心，为数据统计分析提供依据。对不适合作物生长的环境条件自动告警。（2）病虫害预警功能。监测影响大棚内病虫害发生的关键因子，建立蔬菜温室大棚病虫害发生模型，利用智能算法，实现对病虫害预测预报，并进行有

18、针对性的防治指导。（3）植物成熟状况预报功能。根据农作物生长积温模型，预测植物各个生长期发育成熟程度、可收获程度。（4）远程设施控制功能。通过网站，远程控制蔬菜温室大棚的设施，可以对加热器、卷膜机、通风机、滴灌等设备远程控制，实现农业设施的远程手动或自动控制，从而改变大棚内部的蔬菜生长环境。（5）远程生产指导功能。根据农作物生长模型库，对蔬菜温室大棚实时环境监测数据对比分析，高于作物生长的上限或低于作物生长下限，系统自动告警。（6）远程生产活动跟踪功能根据现场活动监测终端的报告，跟踪蔬菜生产生产活动完成的情况。3.4 蔬菜温室大棚控制系统的具体工作蔬菜温室大棚在蔬菜生产各个阶段的应用按照不同蔬

19、菜品种的生长特性和规律，农业专家或技术人员应根据该品种蔬菜生长所需的条件，如温度、湿度、光照等，制定出与之适应的蔬菜种植方案，利用物联网技术来调节控制，提高蔬菜种植的效率和加强蔬菜种植的精细管理。在蔬菜生产过程的各个阶段，主要抓好以下工作：（1）在蔬菜种植准备阶段，技术人员利用在温室大棚分布的传感器来分析实时土壤信息，以便选择合适的蔬菜品种。（2）在育苗培育阶段，技术人员可以用物联网的技术手段采集温度、湿度的信息，进行高效的管理，从而应对环境的变化，保证蔬菜育苗在最佳环境中生长。如通过温度控制设备，对大棚进行升温和降温的调节。（3）在蔬菜生长环境上，可以利用物联网实时监测蔬菜生长的环境信息、养分信息和病虫害情况。利用相关传感器准确、实时地获取土壤水分、环境温湿度、光照情况，配合控制系统调理蔬菜生长环境，改善蔬菜生长的营养状态，及时发现蔬菜的病虫害爆发时期，维持其最佳生长环境条件。（4）在蔬菜生产管理上，技术人员可利用蔬菜大棚生产操作系统，对各大棚蔬菜浇水、施肥、加温、卷帘进行自动或手动控制，可以降低人工成本，提高蔬菜种植的效益。（5）在蔬菜的收获阶段，技术人员也同样可以利用物联网的信息，把采集到的蔬菜生长的各种信息进行汇总，反馈到前端，从而在蔬菜种植收获阶段进行更精准的测算，为蔬菜销售提供基础信息。四 结 语农业物联网技术的应