智能農業物聯網精細農業自控系統

更新時間：2016-06-29

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智能農業物聯網精細農業自控系統

智能農業物聯網精細農業自控系統，主要通過溫度傳感器、土壤傳感器、濕度傳感器和溫控儀、濕控儀、空氣測試儀、自動噴灌系統相連接，通過WIFI設備服務器與遠端天線矩陣通訊，再通過第三代光載無線交換機，將溫度、濕度、土壤干燥度等數據實時地送到遠程智能系統，再將數據通過手機或手持終端發送給農業人員、農業專家、給農業專家的遠程指導、方案決策提供數據依據。

一、概述

　　物聯網是新一代信息技術的重要組成部分。物聯網的英文名稱叫“The Internet of things”。顧名思義，物聯網就是“物物相連的互聯網”。這有兩層意思：*，物聯網的核心和基礎仍然是互聯網，是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡;第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物體與物體之間，進行信息交換和通信(M2M:Machine to Machine)。因此，物聯網的定義是：通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物體與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。

　　基于物聯網技術的農業(Precision Agriculture ) 是當今世界農業發展的新潮流。傳統農業的模式已遠不能適應農業可持續發展的需要，產品質量問題，資源嚴重不足且普遍浪費，環境污染，產品種類需求多樣化等諸多問題使農業的發展陷入惡性循環，而農業為現代農業的發展提供了一條光明之路，農業與傳統農業相比大的特點是以高新技術和科學管理換取對資源的大節約。它是由信息的根據空間變異，定位、定時、定量地實施現代化農事操作技術與管理的系統，其基本涵義是根據作物生長的土壤性狀，調節對作物的投入，即一方面查清田塊內部的土壤性狀與生產力空間變異，另一方面確定農作物的生產目標，進行定位的“系統診斷、優化配方、技術組裝、科學管理”，調動土壤生產力，以少的或節省的投入達到同等收入或更高的收入，并改善環境，地利用各類農業資源，取得經濟效益和環境效益。

　　在實現農業的道路上，現有的基于有線的智能農業系統依然存在著諸多問題，隨著物聯網技術的發展，基于無線傳感網的物聯網農業系統將農業從概念化轉化為產業化，無線網絡具有較高的傳輸帶寬、抗干擾能力強、安全保密性好，而且功率譜密度低。利用上述特點，可組建針對農田信息采集和管理的目的無線網絡，實現農田信息的無線、實時傳輸。同時，可以給用戶提供更多的決策信息和，用戶可隨時隨地通過電腦和手機等終端進行查詢、實現整個系統的遠程管理。

　　綜上所述，智能農業取代傳統農業是農業發展的必然，更是符合我國國情的選擇，智能農業可以促進農業發展方式的轉變，可以實現利用各類農業資源和改善環境這一可持續發展目標，不但可以大限度提高農業現實生產力，而且是實現、高產、低耗和環保的可持續發展農業的有效途徑。

二、方案原理

　　物聯網精細農業自控系統主要通過溫度傳感器、土壤傳感器、濕度傳感器和溫控儀、濕控儀、空氣測試儀、自動噴灌系統相連接，通過WIFI設備服務器與遠端天線矩陣通訊，再通過第三代光載無線交換機，將溫度、濕度、土壤干燥度等數據實時地送到遠程智能系統，再將數據通過手機或手持終端發送給農業人員、農業專家、給農業專家的遠程指導、方案決策提供數據依據。

網絡拓撲圖

　　如圖示，根據設施農業大棚區域分布廣(20畝)、及視頻和傳感數據采集現場相對比較復雜、綜合布線難度大等特點，在數據采集方式上不同于傳統的有線工業自動化總線方式，考慮光載無線交換機的覆蓋區域廣、信號相對穩定，我們選用工業總線和無線網絡技術相結合方式，實現分片采集、廣域傳輸。

三、系統結構

　　物聯網中的“物”包括4種：農田(棉田、麥田與玉米地)現場視頻實時畫面、傳感器網絡、數據管理終端和智能手機.構建物聯網的目的是將這4種“物”連接起來，使農田能夠成為網絡中的一個可觀測終端，在此一共包括3個層面的連接：感知層、傳輸層、應用層。

　　其中，網絡層我們推薦廣州市飛瑞敖電子科技有限公司的第三代光載無線交換機。光載無線(Radio-over-Fiber, ROF)技術充分利用光纖高帶寬、低損耗的特點，大大拓展無線信號的傳輸距離，簡化遠端基站結構，降低系統傳輸成本并提高系統傳輸性能、頻譜效率、覆蓋區域和靈活性，實現超寬帶無線接入與光傳輸技術的融合。由于該技術具有超寬帶有線傳輸與靈活無線接入的突出優勢，將成為未來移動通信、超寬帶無線接入以及無線傳感網絡的重要技術支撐。

四、項目建設原則

　　統籌規劃、標準統一、保證安全、經濟實效、適度前瞻。系統建設和系統設計必須遵循以下原則：

1、充分利用現有的資源

　　充分利用現有計算機、網絡、信息的資源，避免重復建設。

2、先進性與發展性

　　采用計算機系統和光載無線技術進行系統設計，既要保證當前系統運行的高可靠性，又要能適應未來技術發展的需要。

3、實用性與經濟性

　　在系統設計中，不僅要考慮到目前各種業務的實際需求，更充分考慮到將來業務種類增長的需求，從實用性出發，解決實際問題。

4、標準化與開放性

　　采用符合、國家標準的軟件和硬件設備，遵循有關技術規范體制，使系統具有靈活的互聯能力。

5、可靠性與安全性

　　選用可靠的產品與技術，在系統出現異常時，具有應變能力和容錯能力，確保系統安全可靠。對某些信息資源的使用要進行一定的權限劃分，并對信息系統的運行情況進行實時監控。

6、信息共享

　　對信息資源考慮有條件、分層次共享，使信息既得到充分、有效的利用，又符合內部信息的保密要求。

7、靈活性與擴充性

　　選用符合發展潮流的標準的軟件，使系統具有良好的可移植性、可擴展性，保證在將來發展中迅速采用新出現的技術，降低系統成本。

五、感知層

　　主要負責視頻畫面與傳感數據采集，通過攝像頭、終端傳感器，對設施農業現場實時畫面、作物生長大棚、室外空氣溫度、濕度和土壤的溫度、濕度的數據采集，采集方式視頻畫面為連續采集，傳感器數據為周期性自動采集，采集周期可根據用戶要求設定，用戶也可臨時通過終端修改周期時間。

感知層采集數據

隨機抽取到的數據

六、傳輸層

　　感知層數據利用WIFI設備服務器，數據轉換為基于802.11b/g的2.4GHZ無線信號，發射到就近天線矩陣轉換為光信號，通過單模光纖傳輸200-5000米距離后，到達中心機房的第三代光載無線交換機，交換機內部經過光/電信號轉換后、及射頻交換后，終轉換為以太網協議，通過RJ45網線，接入農場本地局域網，據此，遠程信號與本地局域網信號交換傳輸完畢。

應用層

　　利用WEB服務器，及PC終端應用層專業控制軟件，用戶可在本地數據庫調用現場實時視頻錄像、按周期采集的溫濕度、土壤成分、土壤溫度、空氣成分、光度等數據，用戶在個人PC或者手機終端上可以查看，并根據這些數據與現場圖像，在遠程對農場進行操作。