基于物联网的智慧农业监控系统

　　摘要：采用ZigBee技术与3G通信技术、以太网技术相融合的方式，将各农业基地及其内部相关设备组成一个大型的无线传感网络系统，并根据分布于各个农业基地内部的传感器采集参数，精准掌控各个农业基地的内部状况，实现基地、设备、人之间的远程信息交互，形成一种基于物联网的智慧农业监控系统。经对系统进行实际运作，发现该系统稳定性、远程信息采集交互、可视化及环境调控均达到实际需求，可对大规模农业基地进行实时管理。

　　关键词：物联网；智慧农业；监控系统；传感器；采集

　　当前，我国的农业正由小规模种植的个体方式向集约化、大规模基地种植方式发展…，随之而来如灌溉、施肥、虫害等各种问题也逐步凸显出来。因此，如何对大规模、大面积的农业基地实施高效率、信息化、安全化的科学管理，是一个当务之急需要解决的问题。目前，国内农业基地的环境监控大部分采用传统方式，即通过人工手段进行监控，这大大增加了不必要的劳动力开销，降低了工作效率。物联网利用局部网络与互联网等通信技术，把传感器、控制器、机器、人员和物等通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理与控制的智能化。本研究在物联网基础上，提出一种智慧农业监测监控系统，通过该系统，用户可以不受空间限制，对大规模农业基地进行环境信息采集，同时又能对其进行可视化的精确调控，从而实现现代农业的集中高效管理。

　　1系统总体方案

　　监控系统由3部分组成，即由ZigBee无线网络、嵌入式操作平台、视频监控模块组成的现场监控子系统，由3G传输网络，以太网形成的无线网络子系统及远程监控管理中心(图1)。现场监控子系统通过ZigBee网络，将传感器等设备采集到的数据传输至位于基地的嵌入式操作平台，同时将控制指令发送给基地中需要控制的设备；现场监控子系统采集相关环境参数后存人数据库，通过无线网络子系统传输至远程监控管理中心，同时，远程监控管理中心结合现场监控子系统传输的相关参数与视频信息，通过无线网络子系统发出相应的调控指令。

　　2现场监控子系统

　　现场监控子系统需要满足实时数据采集、数据存储分析、自动控制、网络连接等功能。

　　2．1短距离ZigBee网络设计

　　作为一种低复杂度、低速率、低成本、低损耗的新兴无线网络技术，ZigBee技术Ⅲ成为一些近距离通信技术应用的首选。从农业基地角度来看，一般所需要传输的数据类型对通信速率要求不高，用ZigBee方式取代传统的布线方式有相当的可行性。考虑到一般农业基地均具有多测点、多设备、控制距离较短的特点，一般采用ZigBee的Mesh组网(网状组网)模式(图2)。Mesh网络由协调节点、路由器和多个终端节点组成，它是一种多跳的网络系统，网络中节点与节点之间可以直接通信，每一次的通信都会由一条或多条路由节点进行中继，最终传输给目的节点。

　　2．2嵌入式操作平台设计

　　采用ARM—Linux控制器模式¨1。硬件部分选取ARMl1系列核作为嵌入式控制器的微处理器，该系列处理器具有处理能力强、性能高、功耗低的特点；软件部分操作系统则采用Linux操作系统，它具有兼容性高、多用户、多任务、界面操作简单、安全性好、支持多种平台等优点。嵌入式系统结构如图4所示，虚线部分为嵌入式系统的软件架构及内置的应用程序。

　　3无线网络子系统

　　无线网络子系统采用中国联通3G(第3．代移动通信技术)网络∞。与以太网元缝连接，实现用户的远程监控。随着3G技术的成熟及网络覆盖区域广，3G网络的高抗干扰能力、高兼容性与高数据传输速率，使得它完全可以满足农业基地监测过程中各种数据的传输需求。以太网采用专线连接模式，由远程管理中心向网络服务商申请固定的公网IP地址；现场监控子系统接收到相关信息，嵌入式控制平台通过3G—DTU(3G数据单元)将信息通过3G网络发送出去，经过基站与网络服务器设备实现3G网络与以太网的无缝连接；通过网络服务商提供的固定IP传输至远程管理中心，实现现场与远距离管理中心的连接(图6)。反之，管理中心的相关控制信息也可以通过该线路向现场监控子系统发布，现场监控子系统接收到控制信息后，通过一系列信息逆向处理实现最终的远程控制。

　　4远程监控管理中心

　　管理中心由网络接人设备和工作计算机等组成拍1，以完成基地现场环境参数信息的采集、存储和显示，同时实现对基地视频远程手动控制，实现对基地环境参数的远程手动或自动控制。采用B／S(浏览器／服务器)模式"1，远程用户通过预先设计的友好人机界面浏览器登入远端ARM—Linux控制器，可以通过获取摄像头的视频图像，直观地观察各个农业基地的动植物生长状况；可以通过相关环境参数的显示，客观分析实时状况；可以根据历史数据进行事后分析与未来预测。根据用户对系统的要求，设计以下几个主要的界面：(1)设置历史报表、报警设置、历史曲线等选项，点击对应的按钮，就会弹出对应的界面，用户可以参照相关的界面显示，作出合理的判断，同时每个界面均具有打印输出的功能；(2)对各基地空气温湿度、氨气浓度、土壤温湿度、光照强度等参数作出实时的显示，同时配置施肥器、通风机、二氧化碳发生器、水泵等虚拟装置，用户只需点击虚拟装置，便可实现对远程装置的开关操作；(3)根据各种传感器检测的环境参数，通过监控管理中心对相关参数正常范围的设置，实现农业基地环境参数的自动控制。系统远程监控5个农业基地的相关参数效果见图7。

　　5结论

　　图7远程监控基地相关参数效果图示．引入目前比较成熟的3G通信技术，完成智慧农业监控系统整个网络的无缝衔接。本系统目前已经在江苏省沛县现代农业科技示范园投入使用，监控的农业基地覆盖沛县全境。通过研究和应用表明，该系统只须架构1套监控系统，便可以对处在全国各地所有农业生产基地进行实时监控，实现人、设备之间的信息交互，适合于大规模农业基地的生产管控。基于物联网的智慧农业监控系统，具有相当高的稳定性，能够完成农业生产持续可靠的精准监控，在农业领域有很好的应用前景。

　　参考文献：

　　[1]刘传玉，郭强．论现代农业的发展趋势[J]．江苏农业科学，2014，42(4)：436—438．

　　[2]吕鑫，王忠．zigBee无线数据传输模块的设计与实现[J]．安徽师范大学学报：自然科学版，2010，33(4)：332—335．

　　[3]尹嘉鹏，徐志祥．针对少实时任务应用的嵌入式Linux改进[J]．计算机工程，2013，39(10)：49—52．

　　[4]杨智，朱海锋，黄以华．HD控制器设计与参数整定方法综述[J]．化工自动化及仪表，2005，32(5)：1—7．

　　[5]王建峰，黄国策，康巧燕．4G移动通信系统及其与3G系统的比较研究[J]．西安邮电学院学报，2006，“(5)：13—17，27．

　　[6]郭勇，黄巍巍，王伟朋．基于以太环网的污水处理系统设计与应用[J]．仪表技术与传感器，2013(5)‘：60—61，69．

　　[7]王英辉，周凤星．基于B／S模式的钢企自、动化管理系统的设计与应用[J]．制造业自动化，2013，35(19)：72—75．

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