智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展

2020-06-02 07:33:43 艾方立科技

與傳統(tǒng)方式相比，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)為農(nóng)田信息獲取提供了一個嶄新的思路。物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識別、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、將傳感節(jié)點(diǎn)布設(shè)于農(nóng)田等目標(biāo)區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)大量實(shí)時、精確地采集溫度、濕度、光照、氣體濃度等環(huán)境信息，這些信息在數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)匯集，網(wǎng)絡(luò)對匯集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，幫助生產(chǎn)者有針對地投放農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料等，從而更好地實(shí)現(xiàn)耕地資源的合理高效利用和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化精準(zhǔn)管理，推進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高效管理、提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效能。應(yīng)用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)重要組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行農(nóng)田土壤墑情信息獲取可以滿足快速、精確、連續(xù)測量的要求。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一種全新的信息獲取和處理技術(shù)，憑借其低功耗、低成本、高可靠性等特點(diǎn)，已逐漸滲透到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，對于實(shí)施農(nóng)田精準(zhǔn)作業(yè)過程，農(nóng)田環(huán)境信息的采集則要求更加精確、及時。當(dāng)前，農(nóng)田信息獲取的主要方式有：手持設(shè)備的人工獲取方式、基于GPRS監(jiān)測方式和基于WLAN監(jiān)測方式等。利用手持設(shè)備人工打點(diǎn)，來獲取農(nóng)田土壤信息是最原始的方式，該方式不但需要耗費(fèi)大量的人力、不具有實(shí)時性，而且數(shù)據(jù)的獲取量有限，顯然已不能滿足當(dāng)前農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測的需求。而墑情監(jiān)測系統(tǒng)主要由低功耗無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過ZigBee白組網(wǎng)方式構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)土壤墑情的連續(xù)在線監(jiān)測。主要包含兩個重要部分：即環(huán)境區(qū)域內(nèi)的無線網(wǎng)絡(luò)部分及實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)部分。無線網(wǎng)絡(luò)選擇星型網(wǎng)絡(luò)連接拓?fù)?；遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸采用Internet實(shí)現(xiàn)，采用嵌入式Internet接入技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)與Internet網(wǎng)絡(luò)通信；以土壤的溫度、濕度等參數(shù)采集為模型完成監(jiān)測區(qū)域內(nèi)環(huán)境參數(shù)采集。從而滿足精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)作業(yè)對農(nóng)田信息精確度、實(shí)時性等要求。

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)整體框架

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包含兩個重要部分，即農(nóng)田環(huán)境區(qū)域內(nèi)的無線網(wǎng)絡(luò)部分及實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)部分。

每個Zigbee終端連接傳感器完成數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集作為Zigbee應(yīng)用層應(yīng)用對象以端口形式與協(xié)議棧底層進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)從應(yīng)用層傳輸?shù)轿锢韺?。之后，物理層進(jìn)行能量和空閑信道掃描檢測空閑信道，當(dāng)?shù)玫娇臻e信道，物理射頻模塊將數(shù)據(jù)以無線電波形式無線發(fā)送。協(xié)調(diào)器射頻模塊接收到數(shù)據(jù)包，物理層通知上層接收到數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)從物理層又逐層向上層傳輸，每向上一層就去掉下層的包頭、包尾以這種形式將數(shù)據(jù)包解包。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器應(yīng)用層，數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)模塊，網(wǎng)絡(luò)模塊采用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與Internet網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)與Internet網(wǎng)絡(luò)的對接。

2無線傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

本研究傳感器節(jié)點(diǎn)具有端節(jié)點(diǎn)和路由的功能。一方面實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和處理；一方面實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合和路由，對本身采集的數(shù)據(jù)和收到的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合，轉(zhuǎn)發(fā)路由到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)由處理器單元、無線傳輸單元、傳感器單元和電源模塊單元四部分組成。處理器單元是無線傳感器節(jié)點(diǎn)的核心，與其它單元一起完成數(shù)據(jù)采集、處理和收發(fā)；無線通信單元完成數(shù)據(jù)包的收發(fā)；傳感器模塊完成環(huán)境數(shù)據(jù)的采集轉(zhuǎn)換；電源模塊為整個節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)提供能源支持。

3 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

微功耗無線傳感器技術(shù)指標(biāo)：1．功率為10roW；2．接收時電流<18mA，發(fā)射電流小于或等于40mA；3．多信道模塊標(biāo)準(zhǔn)配置提供4個信道；4．組網(wǎng)功能，達(dá)128只無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)；5．接口波特率為1200／2400／4800／9600／19200Bit／S，可設(shè)置；6電池選配450mAh。無線傳感器節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)采用Zigbee協(xié)議，采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)在開發(fā)成功后，除區(qū)域農(nóng)田土壤墑情信息監(jiān)測之外，還可以廣泛應(yīng)用于糧食儲備倉庫及蔬果、蛋肉存儲倉庫的溫度、濕度控制；廠房環(huán)境的溫度、濕度控制；實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的溫度、濕度控制等方面，隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，其市場應(yīng)用十分廣闊。

二、系統(tǒng)軟件功能

名稱	信息
用戶登錄	規(guī)定用戶使用權(quán)限，為保障系統(tǒng)安全，一用戶對應(yīng)一賬號，可設(shè)定修改密碼權(quán)限。
系統(tǒng)監(jiān)測	主要監(jiān)控室內(nèi)空氣溫濕度、二氧化碳、光照強(qiáng)度、土壤溫濕度，室外風(fēng)向、風(fēng)速、空氣溫濕、光照強(qiáng)度、雨雪等參數(shù)，各個設(shè)備的運(yùn)作狀態(tài)，當(dāng)室內(nèi)出現(xiàn)異常時會進(jìn)行報警上報負(fù)責(zé)人。
系統(tǒng)控制	手動	通過手動控制設(shè)備的運(yùn)行操作。
	自動	根據(jù)用戶設(shè)定的土溫下限參數(shù)自動控制噴灌系統(tǒng)的自動操作（包括噴灌時長、噴灌間隔）；通過空氣溫濕度、光照、二氧化碳等參數(shù)自動控制天窗、側(cè)窗、內(nèi)遮陽、內(nèi)保溫、風(fēng)機(jī)、濕簾等設(shè)備的開、關(guān)狀態(tài)。
參數(shù)設(shè)定	對所有要實(shí)現(xiàn)自動控制的參數(shù)（風(fēng)速、光照、土溫、土濕、空氣溫濕、內(nèi)遮陽、內(nèi)保溫、燈光、補(bǔ)光、目標(biāo)溫度、目標(biāo)光照、噴灌）進(jìn)行設(shè)定，滿足自動化要求。