智慧農業物聯網技術與精準農業的發展

2020-06-02 07:33:43 艾方立科技

與傳統方式相比，農業物聯網監測系統為農田信息獲取提供了一個嶄新的思路。物聯網是通過射頻識別、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、將傳感節點布設于農田等目標區域，網絡節點大量實時、精確地采集溫度、濕度、光照、氣體濃度等環境信息，這些信息在數據匯聚節點匯集，網絡對匯集的數據進行分析，幫助生產者有針對地投放農業生產資料等，從而更好地實現耕地資源的合理高效利用和農業現代化精準管理，推進農業生產的高效管理、提升農業生產效能。應用農業物聯網監測系統重要組成的無線傳感器網絡進行農田土壤墑情信息獲取可以滿足快速、精確、連續測量的要求。無線傳感器網絡作為一種全新的信息獲取和處理技術，憑借其低功耗、低成本、高可靠性等特點，已逐漸滲透到農業領域。

隨著物聯網的出現，對于實施農田精準作業過程，農田環境信息的采集則要求更加精確、及時。當前，農田信息獲取的主要方式有：手持設備的人工獲取方式、基于GPRS監測方式和基于WLAN監測方式等。利用手持設備人工打點，來獲取農田土壤信息是最原始的方式，該方式不但需要耗費大量的人力、不具有實時性，而且數據的獲取量有限，顯然已不能滿足當前農田土壤墑情監測的需求。而墑情監測系統主要由低功耗無線傳感網絡節點通過ZigBee白組網方式構成，實現土壤墑情的連續在線監測。主要包含兩個重要部分：即環境區域內的無線網絡部分及實現遠程數據傳輸的通信網絡部分。無線網絡選擇星型網絡連接拓撲；遠程數據傳輸采用Internet實現，采用嵌入式Internet接入技術實現無線網絡與Internet網絡通信；以土壤的溫度、濕度等參數采集為模型完成監測區域內環境參數采集。從而滿足精準農業作業對農田信息精確度、實時性等要求。

1、無線傳感器網絡監測系統整體框架

無線傳感器網絡系統包含兩個重要部分，即農田環境區域內的無線網絡部分及實現遠程數據傳輸的通信網絡部分。

每個Zigbee終端連接傳感器完成數據采集，數據采集作為Zigbee應用層應用對象以端口形式與協議棧底層進行通信，數據從應用層傳輸到物理層。之后，物理層進行能量和空閑信道掃描檢測空閑信道，當得到空閑信道，物理射頻模塊將數據以無線電波形式無線發送。協調器射頻模塊接收到數據包，物理層通知上層接收到數據，數據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據包解包。當數據傳輸到協調器應用層，數據通過串口發送到網絡模塊，網絡模塊采用網絡協議與Internet網絡連接，實現無線網絡與Internet網絡的對接。

2無線傳感器節點設計

本研究傳感器節點具有端節點和路由的功能。一方面實現數據采集和處理；一方面實現數據融合和路由，對本身采集的數據和收到的其他節點發送的數據進行綜合，轉發路由到網關節點。傳感器網絡節點由處理器單元、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點的核心，與其它單元一起完成數據采集、處理和收發；無線通信單元完成數據包的收發；傳感器模塊完成環境數據的采集轉換；電源模塊為整個節點系統提供能源支持。

3 系統技術指標

微功耗無線傳感器技術指標：1．功率為10roW；2．接收時電流<18mA，發射電流小于或等于40mA；3．多信道模塊標準配置提供4個信道；4．組網功能，達128只無線傳感器的網絡；5．接口波特率為1200／2400／4800／9600／19200Bit／S，可設置；6電池選配450mAh。無線傳感器節點網絡設計采用Zigbee協議，采用星型拓撲結構。該無線傳感器網絡監測系統在開發成功后，除區域農田土壤墑情信息監測之外，還可以廣泛應用于糧食儲備倉庫及蔬果、蛋肉存儲倉庫的溫度、濕度控制；廠房環境的溫度、濕度控制；實驗室環境的溫度、濕度控制等方面，隨著物聯網應用范圍的擴大，其市場應用十分廣闊。

二、系統軟件功能

名稱	信息
用戶登錄	規定用戶使用權限，為保障系統安全，一用戶對應一賬號，可設定修改密碼權限。
系統監測	主要監控室內空氣溫濕度、二氧化碳、光照強度、土壤溫濕度，室外風向、風速、空氣溫濕、光照強度、雨雪等參數，各個設備的運作狀態，當室內出現異常時會進行報警上報負責人。
系統控制	手動	通過手動控制設備的運行操作。
	自動	根據用戶設定的土溫下限參數自動控制噴灌系統的自動操作（包括噴灌時長、噴灌間隔）；通過空氣溫濕度、光照、二氧化碳等參數自動控制天窗、側窗、內遮陽、內保溫、風機、濕簾等設備的開、關狀態。
參數設定	對所有要實現自動控制的參數（風速、光照、土溫、土濕、空氣溫濕、內遮陽、內保溫、燈光、補光、目標溫度、目標光照、噴灌）進行設定，滿足自動化要求。