7重庆市国家农村信息化示范省建设试点工作进展情况

1、图 1 重庆农村信息化示范省建设总体框架三、示范省建设工作的组织管理情况在重庆市导小组的直接任、王力军为副农业农村信息化示范省建设试点工作领和支持下，成立了以市科委钟志主的小组办公室。从市科委农村处、市农委信息中心、市农西南大学、中国农科院柑橘科院信息中心、市畜科院信息中心、重庆生产力促进中心等抽调专人作为办公室成员。市科委设立了专门的办公场所，并提供了相关设备。“农村信息化示范省”建设工作，多次召开小组成员协调会议，讨论农村信息化示范省建设工作。2012 年 12 月，在西南大学农业农村信息化工程技术中心的基础上，正式组建重庆市农业农村信息化工程技术中3心。中心设立了专门的办公室、3 个研究

2、开发和成果展示大厅。目前中心拥有教授 6 人，副教授 8 人，其中具有博士学位的 9 人，以及骨干研究开发22 人。近年来中心研究团队已凝聚了一批德才兼备的中青年学科，形成了的研究特色和优势，并与“农业信息化工程技术研究中心”和“农业智能装备工程技术研究中心”等单位建立了广泛的合作关系，承担了20 余项。、省部级等科研项目为确保重庆市“农村信息化示范省”建设实施方案编制的科学性，2011 年 4 月市科委启动了“重庆市农业农村信息化产业技术路线图编制”项目，在广泛调研的基础上，采用德尔菲法、SWOT 分析法、头脑风暴法等方法，编制出重庆市农业农村信息化产业技术路线图。该项目已于 2013 年

3、4 月 9 日通过了市科委组织的评审验收，并以此项目的研究成果指导重庆市“省”建设实施方案的编制工作。农村信息化示范在科委的主持下，小组办公室与小组各成员单部门、高校院所、位开展广泛的交流、座谈与调研，汇聚涉农企业、农民专业合作社等的、和企业家的集体智慧，制定政策、落实职责。拟定了中共重庆办公厅 重庆市关于推进重庆农村信息化、加大政策示范省建设的意见（初稿），从加强组织4扶持、强化队伍建设和加大资金投入等方面，聚全市之力，推进我市农村信息化建设工作。在市经信委、市科委、市农委的主持下，由重庆市出台了实施“重庆市农村信息化体系建设方案”的意见，成为我市“示范省”建设的重要补充。四、省级综合平台建

4、设与运营情况（一）重庆市农村信息化综合服务云平台设计初步完成按照农村信息化示范省建设的总体要求和“平台上移、服务下延”的原则，设计了重庆市涉农信息云节点，将气象局等组织部、市农委、市经信委、市商委、市涉农信息系统进行连接和集成。目前，已经初步完成农村信息化综合服务云平台的设计工作，平台集成接口规范和信息交换标准正在制定当中。将于 2014 年上半年，完成综合平台门户的设计、调试和初步运行。2014 年下半年，与各分平台、基层站点实现互联互通。（二）信息整合取得重要进展以柑橘施肥智能辅助决策支持系统为口，利用语义科技，将相关柑橘种植知识等进行描述、存贮、分析和处理，采用 RDF 三元组的建立本体

5、及语义数据库，对已有领域知识进行补充和完善，从而为农户提供更准确、更及时的农业信息服务，为柑橘园区的普通果农和企业提供主动的、个性化的、有实用价值的柑橘生产管理的信息服务，提高柑5橘园养分和水分利用率，降低生产成本，减少农业投入品浪费和对环境的不良影响，增加果农和企业的收入，实现节本增效和低碳环保的最终目的。目前在柑橘施肥知识的提炼与标准化、柑橘施肥知识本体的构建、柑橘施肥语义系统架构等方面取得了重要进展。这些成果为各类涉农信息提供了重要的技术支撑。整合为了配合“农村信息化示范省”建设的需要，市科委先后启动了柑橘、早熟梨、肉牛、魔芋、休闲农业、高山蔬菜、辣椒等产业的重庆市“121”科技支撑示范

6、工程项目，其研究成果将作为重庆市农业农村信息化综合服务平台中产业技术信息推广的内容。第三的医疗、巴南区教育云等平台，将与农业农村信息化综合服务平台连接形成共享平台。（三）综合信息为了探索建立 营的长效运行机制。运营机制初步建立引导、共享、多元投入、市场运小组办公室公开征集农业农村信息化综合营运意向企业，通过多方，遴选出了双方较为满意的公司，目前正组建一个国资控股、优质资本参场化、自我发展壮大的农业农村信息化技术创新服务公司作为农业农村信息化综合营主体。该公司拟由重庆科技资产的实施运和西南大学资产经营管理公司，以及遴选出的民营企业重庆远衡科技发展共同筹建，资金不少于 4000 万元。同时吸6引和

7、吸收其它涉农企业或通过股权置换、直接投资和并购等方式进入本主体公司。运营企业将负责农村信息化云综合的建设和运营，农信终端的研发和市场化推广，涉农信息应用系统在综合值服务和农村民生公益服务的运营。的集成，涉农信息增采用“信息业将成为现代农业节的信息服务和+集成”的商业模式，平台运营企需求、生产、销售、管理、供应各环集成商。其中，信息由各级涉农政组成，运营公司府部门、院校、科研院所等的涉农服务通过农业农村信息化云及其信息服务系统收集、传输、处理各类信息，将供销、农资、农技等服务加以集成，利用这些息或提供信息服务。或直接向服务对象发布各类信“信息信息服务为+集成”商业模式将拓展一般运营商以的收入模式

8、，信息服务的对象将涵盖农业产业链，包括农户、生产资料供应商、销售商、消费者等。信息服务内容包括现代农业生产管理与智能决策信息、农产品需求信息、农产能产量信息、生产指令信息、农技服务需求信息等。在“信息+集成”商业模式中，公司与其他运营商及其移动互联网和云生产信息管理和供求信息管理、供销将承担农业和农技服务等管理职能，该模式将改变传统农业的产业链状态，提升产业链和各种的信息流通和交互反应能力，推进农业农7村信息化深入发展。五、基层服务站点建设情况采取市科委、市经信委、组织部、市农委、市商委和市供销社农村党员共建方式，以现有镇乡农业技术服务中心、现代教育网络为依托，以科技特派员工作站、农业企业、专

9、业合作社为主体，合作社和涉农企业科技信息服务站点为补充，组建基层服务站点。农村信息化示范市建设小组办公室专门拟定了农村信息化基层服务站点认证管理办法，以农村党员现代教育网络覆盖全市行政村的农村基层信息服务站 8605 个为基础，将于年底前完成 1000 余个农村基层信息服务站点的认证工作。与此同时，在全市农业龙头企业和专业合作社中，将开展行业和专业信息服务站点的考核认证工作，预计将有 500 余家农业龙头企业和专业合作社参与该类型服务站点的建设试点。六、长效机制建立情况（一）营造良好政策环境，明确各方职责制定出台加快重庆市农村信息化示范省建设意见及农村信息化示范省建设相关工作管理推进办法。将市

10、对各级部门农村信息化工作绩效机制写入了意见中，用政策确保各涉农部门在农村信息化示范省建设工作中能有效协同、整合、利益共享。在小组办公室8的组织实施下，制定了“示范省”建设部门协调工作机制。包括部门工作绩效机制、项目绩效机制和服务机制等，明晰了相关部门的职能与职责。由此建立起各级涉农部门在农村信息的及时更新和有效性方面的长效机制。（二）组建平台运营企业，确保农村信息化的可持续发展由重庆远衡科技发展、重庆科技控股公司、西南大学资产管理公司共同组建重庆市三农科技，负责重庆市农村信息化综合服务云平台的建设与运营。目前已完成发起人协议、公司章程、商业计划书、董事长工作细则、总经理工作细则等起草工作，正在

11、征求各股东意见。即将启动公司经营管理层的招聘遴选。（三）发挥工程中心作用，强化技术支撑充分利用重庆市农业农村信息化工程技术研究中心的技术力量，为平台营运企业提供有效而持续的技术支撑，通过技术创新确保平台营运企业的可持续发展。一方面工程中心积极开展农业农村前沿的研究，紧跟国内外农业农村信息化技术的发展；另一方面努力开展新技术成果的转化研究，通过平台营运企业将最新应用成果推广到农村基层，保证农村信息化综合的可持续发展与营运。从而形成工程中心与平台营运企业的紧密合作与协同机制。七、示范工程建设情况（一）三峡库区柑橘产业信息化示范工程成效显著91.果园精确灌溉系统研究（1）系统方案设计图 2 土壤水分

12、及温度测量仪系统框图该测量仪由 3 个土壤水分传感器、4 个温度传感器、1 个空气湿度传感器、锂电池、3.3V 稳压电路、5V 升压电路、微器、实时时钟模块、无线收发模块等部件，系统框图如图 2 所示。系统采用锂电池供电，锂电池容量为 1500mA·h，其工作电压范围为：3.3-4.2v。土壤传感器工作电压为 5v，所以需要将锂电池电压升压至 5v 为传感器供电。系统中其它部件的工作电压为 3.3v，所以需要 3.3v 稳压电路将锂电池电压降压至 3.3v。（2）系统工作流程系统上电复位后开始计时，当 1 h 时间到后，打开各传感器电源待电源稳定后各传感器输出值并进行计算得10空气湿

13、度传感器实时时钟模块温度传感器 4温度传感器 33.3V 稳压电路温度传感器 2温度传感器 1土壤水分传感器 3微控制器无线发送模块土壤水分传感器 25V 升压电路锂电池土壤水分传感器 1到各被测量的值，并通过无线模块将结果出去，最后关闭各传感器电源，完成 1 次测量。系统工作流程如图 3所示。上电复位ABN计时 1h 到？YAB图 3 系统工作流程（3）传感器的标定土壤水分传感器受土壤养分及土壤类型等的影响较大， 因此必须用被测土壤对传感器进行标定。首先取被测土壤约15kg，将其烘干为干土，然后按重量比配制土壤水分含量分别为 5%、10%、15%、20%等梯度的标准被测土壤。分别对这些土壤进

14、试，得到不同土壤含水量率条件下，土壤水分传感器输出的电压，得到每个传感器的输出电压随土壤含水量变化的函数关系。在测量土壤含水率时，根据此函数关系，由传感器输出的电压值计算实际土壤含水率。11关传感器电源测量水分及温度开传感器电源拼装日期时间2.山地柑桔园变量施肥决策系统开发（1）样品精准在重庆柑桔主产区有代表性的山地柑桔园，利用差分全球(DGPS)，实施小尺度对果园土壤/植株进行精准（共 1000 份），完成了土壤/植株氮磷钾营与样品养元素常规化学精细测定和光谱信息。施肥软件系统样品差分精准与如图 4 所示。图 4 施肥软件系统样品差分精准（2）样品室内化学精细测定与对的土壤/叶片样品立即带回

15、，进行样品的条件下的反射光前处理与过筛制样。样品首先进行室内谱工作，同时对后的土壤和叶片样品按土壤农化分析方法分别进行土壤/叶片样品的 N、P、K 等多种营养元素的检测分析。施肥软件系统土壤样品室内精细化学测定如图 5 所示。12图 5 施肥软件系统土壤样品室内精细化学测定（3）施肥软件开发利用地理信息系统(GIS)或其它地统计学软件功能分析模块，结合获取的相关数据，对山地柑桔园营养分布和空间变异规律、土壤/植株样点精准与科学减量布局技术、山地柑桔园养分空间差异分布的可视化定量表达（营养现状图）技术等进行了研究，初步开发了山地柑桔园精准施肥决策支持系统。山地柑桔园精准施肥系统软件界面如图示。6

16、所图 6 山地柑桔园精准施肥系统软件界面（4）山地柑桔园施肥软件应用利用研制的柑桔园精准施肥决策支持系统，为重庆忠县13拔山镇哈姆林甜橙基地、奉节康乐镇铁佛晚熟脐橙基地、浙江临海忘不了柑桔专业合作社温州蜜桔基地、江西万安千里山柑桔示范基地等，初步绘制了果园营养现状图和精准施肥处方图，为柑桔基地的科学精准施肥提供技术支撑。3.柑桔优质化采收决策支持软件开发连续两年对库区柑桔主要品种进行定期样品，对果实品质重要参数进行常规化学分析的同时，进行光谱响应的动态变化，及其相关性的动态跟踪分析分析，建立了基于花期信息或成熟前果面光谱信息，并结合果园传感器动态气象信息的果实成熟期技术，基本搭建起柑桔优质化采

17、收决策支持系统软件框架，正在向该系统录入三峡库区制汁原料生产基地、鲜食柑桔生产基地代表性果园产量、果品内在品质指标等数据，将开展柑桔测产、质量评估、熟期技术体系和的技术体系集成和软件系统完善。柑桔优质化采收智能决策系统界面如图 7 所示。图 7 柑桔优质化采收系统界面144.柑桔病虫害高光谱信息监测技术及装置开发(1)柑桔黄龙病高光谱监测技术研究图 8 基于光谱技术的柑桔黄龙病监测结果开展了世界性柑桔重要疫病之一的黄龙病的高光谱检测技术研究。已经对广西桂林、江西赣南等地了大量叶诊断；进片样品，正在陆续进行高光谱信息和病害行了无病材料黄龙病接种，为研究黄龙病侵染过程光谱响应规律和诊断技术奠定基础

18、。通过黄龙病光谱诊断可行性预备试验，获得了较多数据，初步显示，黄龙病植株在520-620nm 波长的光谱区间具有特异性光谱响应，为开展“柑桔黄龙病”的光谱实时诊断特征波长、模型和监测技术体系研究奠定了基础。基于光谱技术的柑桔黄龙病监测结果如图 8 所示。(2)柑桔柑桔病(CTV)高光谱图像信息监测技术研究病是一种广发性、危害重、不易识别的性。传染病，常引起植株的早衰、失去生产价值，甚至快速研究建立快速、高效的实时检测诊断技术具有重要价值和意15黄化正常义。本试验以网室内的无幼苗为试材，通过嫁接感系统获取锦橙 CTV 感染病(CTV)，利用高光谱图像染叶片以及无健康叶片的高光谱(400-1000

19、nm)图像数据，对光谱图像数据进行去噪处理，采用主成分分析(PCA)结合线性判别分析(LDA)分类方法对健康叶片与CTV 叶片进行诊断识别，初步结果显示，采用高光谱图像新技术和基于PCA 的线性判别分析分类法，对病的正确识别率可达100，表明采用高光谱图像技术可以实现柑桔病的快速、高效的检测。柑桔示。表 1 柑桔病 LDA 模型校正与结果如表 1 所病 LDA 模型校正与结果校正集验证集类别主成分数识别率%拒绝率%识别率%拒绝率%健康100100病5.重庆忠县橙汁原料产区信息化精准管理示范基地建设目前已经完成了示范基地的信息化和机械化改造的设计方案研制，根据信息化、精准作业和机械作业要求开展果

20、园基础设施改造建设。进行了信息化果园土壤样品和检测分析，正在进行数据处理和精准施肥指导图的编制。结合重庆 121 示范工程，在忠县农业（柑橘）科技园区区改造建设信息化机械化柑橘示范基地 2000 亩，正在选点设计建设信息化机械化示范基地 1000 亩。16（二）生猪养殖信息化示范应用成果丰富1. 高温高湿条件对妊娠母猪繁殖性能的影响专题组在重庆市潼南县和黔江区各选择了一个生产管理规范、性能以上）作准确的规模化猪场（年出栏商品猪 3 万头研究的试验基地，在妊娠舍和产仔舍设置温湿度仪（AZ8829 型）实时母猪生活环境的温湿度变化，并将这些数据与生产性能数据进行关联分析，从而明确了高温高湿环境对种

21、母猪生产性能的影响。结果表明在妊娠母猪方面，温度和温湿指数对总产仔数和健仔率均有影响，其中温湿指数对总产仔猪影响最大（决定系数达 0.497），而温湿指数最健仔率的影响相对较小（决定系数为 0.309）；在妊娠母猪方面，温度和温湿指数均对断奶仔猪均重有较大影响（决定系数为 0.490 和 0.480），证明哺乳期间的高温引起的母猪热应激降低了泌乳量，造成仔猪增重减缓。表 2 母猪生产性能和环境参数的相关性分析表格中数据格式为：PEARSON 相关系数（显著性 P 值）这一结果这说明在高温高湿的情况下，气候条件对母猪17项目总产仔数健仔率断奶仔猪均重温度-0.693(<.0001)-0.6

22、28(<.0001)-0.700(<.0001)相对湿度-0.096(0.405)-0.174(0.130)-0.164(0.119)温湿指数THI-0.705(<.0001)-0.556（<.0001)-0.693(<.0001)生产性能已经起到了决定性的影响，远远超过营养和遗传因素的作用，因此在炎热季节做好猪舍内环境的调控，降低物理性高温应激才是保证猪场正常生产的关键因素。图 9产仔数与温度和 THI 的相关性分析图 10健仔率与温度和 THI 的相关性分析图 11 断奶仔猪均重与温度和 THI 的相关性分析18图 12 RS485 养殖场温湿度网络监测系统2

23、. 高温高湿环境对妊娠母猪生理生化指标的影响试验通过对饲养在安装了湿帘风机降温系统和温湿度自动系统的密闭猪舍内共计 28 头和饲养在自然通风舍内的 10 头妊娠母猪，采用 RS485 养殖场温湿度网络监测系统（图 12）对猪舍内外温度和湿度每间隔 2 s 进，采用Kestrel-300 风速仪对猪舍内风速进定和定；根据热平衡定理划分成冷应激区、热平衡区、热舒适区和热应激区，采用红外线测温仪、方法和 ELISA 法分别对这几个区内的生理（呼吸次数、体表温度：耳部、肩部、臀部、尾根）生化指标（皮质醇、丙二醛、热休克蛋白）进19量。图 13智能球检测系统图 14红外线测量体表温度20图 15 测定周

24、期内猪舍内温湿度变换情况图 16 测定周期内对照舍温湿度变化情况表 3 环境温度对母猪生理指标的影响表 4 环境湿度对母猪生理指标的影响21湿度 %6060-7070-8080-9090呼吸次数c58.8965.5641.6534.6122.15t26.8130.0120.0615.5812.05显著性bacde体表温c37.6136.4535.4635.0731.57t1.051.291.021.412.05临界温度21-2424-2727-3030-3333呼吸次数c16.8917.9630.1546.2467.98t2.656.5612.2722.0630.19p0.380.270.00

25、012.34E-041.78E-04体表温度c29.8031.6934.1435.5537.27t1.321.241.060.981.08p0.020.0080.00010.0320.0001图 17 妊娠母猪各部位及舍内温度变化结果表明，在整个测定周期内试验舍的温度通过湿帘风机自动化降温系统将温度在 21到 30；湿度在70%到 100）之间变化，在试验过程中猪的最高体表温度达到了 39以上，表明受到了严重的热应激；温度和湿度以及风速对妊娠母猪的呼吸次数、体表温度有显著的影响，其中用温湿度和湿热指数对其生理指标（呼吸次数、体表温度）进行回归，分别得到，；Y=0.683X1+0.018X2+0

26、.652X3-0.106X4Y=0.683X1+0.018X2+0.652X3-0.106X4+11.245+11.245R2=0.899、R2=0.566 的回归方程；通过 ELISA 实验发现，温湿度及湿热指数对生化指标有显著影响，在热应激区，其三个生化指标检测结果显著高于热舒适区。3.建立了畜牧诊断中心重庆是农业部重点支持建设的现代畜牧业示范区，担负22度显著性abbcd着为在畜牧业探索道路、提供示范的重任，2007 年以来，农业部等部门的大力支持下，重庆规模化养殖发展迅猛，但由于疫病等导致部分养殖场负债、难以生存。为此，作为示范区的主要技术支撑，重庆市畜牧设计并建立了先进的诊断中心。每

27、个诊断点采用晰摄像机（1280×720 以上），并用 6Mbits 以上光纤专线与诊断中心连接。首批完成了重庆云阳、武隆、南川、酉阳、荣昌等 7 个诊断点建设，后续将在其它区县辅开。系统运行一年来，长张桃林、原副部长、农业部副部马正其，中先后莅临，重庆市常务副国工程院陈焕春、李宁等同志和视察并予以高度评价和充分肯定。迄今，该系统共诊断52 次，解决率 90%以上，得到广大养殖企业和农户的广泛好评，效果日益体现。4.建立了国内最大的养殖技术知识库收集畜禽养殖各个环节的资料，包括猪场选址、猪舍设计、饲料营养、疫病防治、环境卫生、饲料兽药以及企业管理、市场等，由对这些资料进行审核并分类整理

28、，再录入计算机的知识库系统，从而实现资料方便查看与搜索。目前共录入词条 1 万余条，3 千万字以上，图片 2 万张以上。（三）农业物联网应用示范稳步实施231.基于 Zigbee 的农村信息化物联网测控系统（1）系统方案设计系统采用层次性设计，包括硬件设计和软件设计，图 18所示为系统框图。汇聚节点以太网/Ethernet节点1节点2节点3节点4图 18Zigbee 的农村信息化物联网测控系统框架硬件设计该系统分为 5 个节点，1 个汇聚节点，2 个传感器节点，2 个输出节点，图 19 所示为节点硬件结构，图20 所示为该系统原理性样机。汇聚节点，Zigbee 实时数据汇聚节点，汇聚传感器的实

29、时数据，具有 Zigbee 路由及转发功能。节点 1，Zigbee 光照度节点，当光照度传24感器检测到当前光照时，会将当前实时数据上传到汇聚节点，该节点具有 Zigbee 路由及转发功能。节点 2，Zigbee光照度节点，可通过 Zigbee 网络转发的光照度实时数据进行自动，也可通过以太网/Internet，实施操作，该节点具有路由及转发功能。节点 3，Zigbee 温湿度节点，当温湿度传感器检测到当前的温度和湿度时，会将当前实时数据上传到汇聚节点，该节点具有路由及转发功能。节点 4，Zigbee 温湿度节点，可通过 Zigbee 网络转发的温度和湿度实时数据进行自动，也可通过以太网/In

30、ternet，实施操作，该节点具有路由及转发功能。Zigbee终端节点天线电路传感/电路24M晶振STM32WCBU61微器图 19 节点硬件结构25供电引脚引出引脚引出电源模块电源模块USB转串口典型电路5V电平转3.3V电平电路电源模块图 20系统原理性样机开始开始N是否有节点请求入网空中有无线信号YYN节点节点是否进入Zigbee网络Zigbee网络YY是否收到传送请求N/是否有作用YY传送数据/执行作用图 21Zigbee 终端节点和汇聚节点程序流程图软件设计26实时数据/检查控制作用实时数据/控制作用数据/作用发N送完成下一个节点数据接受节点入网请求向汇聚点N入网请求是否进入发射无线

31、信号进入无线N状态系统初始化系统初始化5V电源24V电源系统上电后，节点 1-4 进入无线状态，检测空中是否有无线信号，若有，则向汇聚点入网请求，节点进入Zigbee 网络后，节点 1 和 3 按时光强数据，将其给汇聚节点，节点 2 和 4 按周期判定是否有作用，若有则产生相应的动作。图 21 所示为 Zigbee 终端节点和汇聚节点的程序流程图。本系统设计了人机交互界面，便于现场高效自动的完成各类生产作业，汇聚节点将种植、养殖、仓储以及物流过程中的温度、湿度、光照度和气压等参数，汇聚到远程中心；中心经过实时运算，将处理结果，经由物联网下发至现场执行设备，闭环反馈系统，如图 22 所示为人机交

32、互界面。按键图 22人机交互界面27实时数据显示窗口点击进入主界面（2）系统工作流程系统上电，节点 1 到 4 加入汇聚点 Zigbee 网络后，节点 1、3 将按时到的光照度和温湿度至汇聚点，汇聚点接收完毕后，通过 Ethernet/Internet至 PC 机，并在上位机上显示；在上位机界面上，点击“”按键，激活“开始浇灌”和“开灯”按键，点击这两个按键，能对底层节点进行；通过减小/增加节点 1 所处环境的光照强度，能够对节点 2 进行开灯/关灯；通过减小/增加节点 3 所处环境的温湿度，能对节点 4 进行开始浇灌/停止浇灌；上位机能够对节点 2、4 当前的状态进行，并在界面上显示。2.Z

33、igbeewifiethernet 网桥（1）硬件部分28图 23 Zigbeewifiethernet 网桥硬件框图如图23 所示，本方案以微处理器STM32F103VE为，外加 Wifi 收发器、Ethernet 收发器和 Zigbee汇聚节点，形成一个完整的 Zigbeewifiethernet 网桥。其中，wifi 收发器为采用以 marvell 88W8686 为基础的MR09-REF2-457wifi模 块 ； Ethernet收 发 器 采 用DEM9000CEP 10/100M 自适应以太网器；Zigbee 汇聚节点则采用意法半导体（ST）公司的高性能微处理器 STM32W10

34、8CBU61。STM32F103VE 为 ST 公司推出的高性能、低功耗的经济型微处理器，它以 Cortex-M3 内核为基础，时钟频率达 72MHz，是同类中性价比最高的。STM32系列微器有以下特点：29Zigbee汇聚节点STM32F103VE微处理器Ethernet收发器Wifi收发器STM32 是低功耗、高性能的典范。CORTEX-M3内核是ARM7TDMI-S 的继承者，尽管二者结构差别较大，从一般性比较，前者拥有更为强劲的性能。它的速度比ARM7 快 1/3，功耗则降低 3/4，并且实现了更小的面积，利于将的功能整合在更小的中。Cortex-M3是一个 32 位的内核，它完全基于

35、硬件实现中断，最多可以减少 12 个时钟周期数，在实际应用中可以减少 70%的中断,CORTEX-M3 还集成了大部分器器，这样工程师可以直接在外部连接器，大大降低了开发难度，节省开发时间。Cortex-M3微处理器运用了很多性的顶尖技术。在该内核的基础上，厂商可以提供低成本的嵌入式微处理器，用户则可以得到更高性能的。该处理器还集成了很多紧耦合的内部外设，能够满足更高的需求。总体而言，它所整合的增强功能能够帮助其在确定性系统行为但成本敏感应用领域中建立面向的适用性。MR09-REF2-457 为一款封装精小的 Wifi 模块，以88w8686 为，外加严格电磁罩，有良好的电磁兼30容性，能够抵

36、抗复杂环境中不确定性因素的影响。在价格方面，该模块极具优势，加之可以有效缩短开发周期，提升研发速度，因此该模块称为项目的首要选择。DM9000cep以太网器是工业中应用最为广泛的以太网收发器，在长期的工程实践中得到有效的检验。该可选择 8/16 位通信模式，操作灵活简便，在工业生产中得到广泛认可。STM32W108CBU61 为 ST 公司打开 Zigbee 市场的一款，集成了 Zigbee Mac 层和 PHY 层，适合 Zigbee开发。和 TI 公司 cc2430 相比，该集成了 Cortex-M3内核，片上 RAM 空间大，能有效解决前者因 RAM 空间小而有组网限制的难题。（2）软件

37、部分如图 24 所示，软件方案简述如下：系统上电后，首先对 STM32F103VE 初始化，完成后立即指令，初始化Zigbee 协议栈相关内容。然后，网桥的工作方式，确31定要初始化协议的类型，进而对相应模块初始化。若发现协议转换类型未指定，则返回错误信息，引导用户选择网桥类型。初始化完毕后，系统即进入等待模式，若等待模式中有中断出现，则进入中断服务程序，完成数据包的拆包、分析、组包和等过程。开始YY初始化WIFI 收发器初始化Ethernet 收发器有数据需要转发？Y图 24 软件流程图32转发数据上电初始化初始化Zigbee 汇聚节点WIFI/ZigbeeNEthernet/ZigbeeN

38、协议转换协议转换初始化Zigbee 汇聚节点开始为IP包是数据更新缓存否为ARP否丢弃无有数据要（uip_len>0）是回应数据否结束图 25本方案选用 uIPuIP 协议栈流程图TCP/IP 协议栈，实现网络层和传输层的功能。在 Wifi 和 Ethernet 部分，均采用该协议栈。uIP 协议栈是一个精简的 TCP/IP 协议栈，它的实施目的就是实现 TCP/IP 协议栈所需要的最小功能集，它只能处理一个网络接口，仅仅保留了常规协议栈的一小部分内容，包括 IP、ICMP、UDP 和TCP 协议。该协议栈为 C 语言编写，完全开源，用户可以根据需要添加和减少内容，灵活性极强，且无需外加

39、操作系统，可以在 8 位、16 位和 32 位微处理器平台上运行，满足了平台对 TCP/IP 协议栈的需求。此外，uIP 的 TCP/IP 协议的实现不为任何特定的应用程序定制，用户可以根据的需要对其部件进行整合，有着很强适应性。其工作过程如图 25 所示。该部分主要完成ARP 数据包的处理和IP 数据包的处理。33构造回应数据包包是如果为ARP响应是否效数据包否为ARP请求是构造回应数据包更新ARP表在 ARP 数据包的处理过程中，又可以分为 ARP 请求和 ARP回应两类；在 IP 数据包处理过程中，主要完成对数据的，以及构造新的数据包并出去。Zigbee 汇聚节点主要工作流程如图 26

40、所示。系统在上电、初始化之后，开始无线信号，检测是否有节点请求入网，如果有节点请求，则通过仲裁机制是否入网。作用。最后，汇聚节点节点的数据，并开始N是否有节点请求入网YN节点是否进入Zigbee网络Y图 26 汇聚节点流程图34实时数据/控制作用数据/作用发N送完成Y接受节点入网请求发射无线信号系统初始化图 27Zigbeewifiethernet 网桥样机（3）研究结果开发出一套功能完整的 Wifi/zigbee/Ethernet 网桥样机，能够实现协议数据的转换，开机运行 72 小时无故障。基本形成一套功能完备，可靠性达标的网桥如图 27 所示。样机展示3.基于 Modbus 技术的农业生

41、产过程数据通信节点开发（1）研究方案为满足农业生产过程网络的实时性、稳定性、安装简易型等特点，本次开发采用 Modbus 通信技术，网络底35层总线采用 RS485，其中有 Modbus主站管理整个网络中的通信任务，可适用于现场设备与系统之间全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多站的总线通信，满足农业生产的基本要求。其中每个从站节点的微器采用 STM32 系列，可实现基本的模拟量、输出和算法的实现，在稳定性、实时性方面均可以得到保障。网络主站采用工控主控板，不仅提高网络的稳定性，而且预留网络和通口，方便实时过程数据。（2）研究方法以的形式，了解现有关农业生产过程所关注的问题和急需解决的

42、问题，比较现有关农业生产自动化成熟方案，确定实际过程中应当和的数据如温度、湿度、光照度、土壤水分、各种养分等，并确定输出的执行机构。（3）研究过程本次研发的主要目的设计现场测控节点和实时测控软件，使其通过网络实现农业生产过程自动，其中包36括自动种植、养殖、仓储以及物流等。本次研发以大棚蔬菜种植生产过程为应用对象，了的温度、湿度、红外和超声波等参数。在 Modbus 网络中，其中一号站主要完成温度和湿度任务，其中温度精度可以达到 0.01°C，通过网络通信上传到 Modbus 主站，通过构建组态软件，对温度、湿度变化趋势进行实时；网络二号站主要进行红外，利用活动热能变化，周期扫描到距

43、离 4m 内活动情况；网络三号站为超声波测障节点，利用声波反射原理测量活动物移动情况；网络四号站为电机站。网络主站以 100ms 周期轮询扫描，首先轮询网络一、二和三号站，然后根据二号站数据包，获取红外探测情况，电机的使能状态，下发至四号站，电机转动或者停止；接着根据三号站的超声波测障距离电机的正转与反转；最后根据网络一号站温湿度大小电机的转动速度，并将该速度设定值通过网络主站下发到网络四号站，而电机的转动情况将影响大棚温室中温湿度等变化，反馈到一二三号站的测量信号上，整个过程形37成一个闭环反馈系统。而且整个过程参数都将显示网络主站，以便观察其变化趋势。当主站接收到设备节点异常状况时，将发出

44、警告，同时下发数据至四号站，联动现场电机。除此之外，在网络主站，我们可以通过实时软件的图形化界面向设备站下发指令，完成相应的操作。图 28原型系统展示38图 29 基于 Modbus 的农业生产过程数据通信节点基于网络化的农业生产过程，大大减小了由于空间或环境因素带来的不变，其中网络中心提供了友好图形化界面，操作简单，管理方便。而且网络主站对外提供了以太网接口，整个农业过程网络可以通过这个接口接入到物联网中心。4 基于 CC_LINK 技术的农业生产过程发（1）研究方案数据通信节点开目前，我国的相关 IT 企业和中国移动、中国电信等电信运营商都正在积极开展与“物联网”相关的研究工作，并取得了一

45、系列的成果。国内不少省份已经大量采用传感网来对物流、电力、交通、农业和渔业等领域进行并39提供相关服务，物联网已经在我国的物流信息化、公交化、校讯通、农村信息化、渔牧业、水文水质等方面进行了应用。相关部委在 2011 年相继公布了一系列的促进物联网产业发展的政策措施、项目、产业与示范工程，的积极推动为物联网产业营造了良好的发展环境。建设物联网往往需要大量的资金投入，这使人们对物联网的可接受程度和企业的物联资回报率都成为未知数。这首先体现在智能传感器的成本问题上，目前信息和传感设备成本相对还比较昂贵，大规模使用将大幅增加企业前期投入; 其次是无线传感器网络体系的功耗问题，特别是那些应用周期较长、

46、传感器数量较多的系统，如果需要经常性的更换电池就将是一项耗时与耗资巨大的工作,将无线与有线的结合，能够一定程度上减少成本的投入，并且能够保证系统的性能更好。在农业农村信息化中，长距离通信以及大量的通信节点的放置，安全可靠，高速和低能耗的通信协议更能保证整个系统的性能。而 CC_LINK 作为现场总线的一种， 是一种具有高可靠性、高性能的网络。高速度大容量的数据传送可设定介于 156Kbps 到10Mbps 间可选择的 5 种通信速度之一。总长度由最大通信速度决定。稳定快速的通信是 CC_LINK 的最大优势。拓扑结构有多点接入、T 型分支、星型结构 3 种型号40的电缆及连接器可以支持将系统。

47、CC_LINK元件接入任何和图 30 CC_Link 系统CC_LINK 是分布成为现实 CC_LINK 同样用于低价的中间层网络。所有CC_LINK 兼容具有高水平的抗噪性能。CC_LINK 的底层通讯协议遵循 RS485 协议。（2）研究的主要内容本节点主要是基于CC_LINK 的高精度信息测量与传送。这类节点的特点是 CC_LINK 的低成本与高性能和传感器的高精度以及适用范围广。通过模数转换对传感器信号进行，通过 ARM 微器对的信息进行处理，还原41成信息的原始形式，并显示在液晶屏上，通过 CC_LINK 协议的总线传输到中心器。因此整个系统中应该有如下模块：AD 转换模块，模拟信息

48、模块，CC_LINK 通信模块，LCD 显示模块，图 31 所示。模块，电源模块等。节点的硬件架构如图 31CC_Link通信节点硬件结构（3）研究成果展示42模拟信号电路电路电路AD转换电路电源模块电源模块电源模块LCD显示电路单片机及电路RS485通信电路CC_LINK及电路CC_LINK数据通信节点图 32CC_Link通信节点完成图图 33CC_Link 电路板43图 34CC_Link 节点5.研发基于 WiFi 的数据通信节点（1）系统方案设计该系统有 4 个节点，3 个传感器节点，1 个输出控制节点，中心负责测控数据的、综合和相应的输出。节点 1 是 WiFi 称重测控节点，利用

49、传感器测量物体的质量，通过 WiFi 将的数据上传到上位机并观察其变化。节点 2 是 WiFi 温湿度测控节点，利用温湿度传感器采集周围环境温度、湿度变化情况，并通过 WiFi 上传至上位机，完成温湿度实时观测。节点 3 是 RFID 数据测控节点，利用 RFID 阅读器，的数据，通过 WiFi 上传至上位机并给予显示。节点 4 是 WiFi 电磁继电器节点，根据进而上位机传送的命令，完成对电磁继电器的44灯的熄灭。在上位机开发 WiFi画面，作为中心，统筹管理称重测控节点、温湿度测控节点、RFID 测控节点，并周期轮询器的相应测控数据，综合、，系统的框架如图 35 所示。数据并完成电磁继电节点1（称重测量节点）节点2（温湿度测控节点）节点3（RFID数据采集节点）节点4（继电器节点）图 35 基于 WiFi 的测控系统体系结构（2）系统工作流程基于 WiFi 通信技术，研发各类现场测控节点，自动采集种植、养殖、仓储以及物流过程中的温湿度、称重、成分和 PH 值等参数，通过 WiFi 汇聚到中心；远