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近年來,我國正在大力發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)。發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)離不開農(nóng)業(yè)發(fā)展的各個領(lǐng)域與物聯(lián)網(wǎng)相應(yīng)技術(shù)的結(jié)合,將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)發(fā)展中,是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率以及改善農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展水平不可或缺的選擇。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是使用不同的智能傳感器、射頻識別設(shè)備、光感掃描器以及3S技術(shù)智能裝備等信息遙感設(shè)備,經(jīng)過一定的統(tǒng)一協(xié)議。將農(nóng)業(yè)中相關(guān)作物的各項指標(biāo)以及其他農(nóng)產(chǎn)品與互聯(lián)網(wǎng)相連接,從而實現(xiàn)人與這些信息進行交換、通信,以及智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種龐大的網(wǎng)絡(luò)智能結(jié)構(gòu)。通過該技術(shù)實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)人員對各種農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的相關(guān)操作和控制。近年來,我國部分地區(qū)在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用中進行了良好的探究,同時也取得了可觀的成果。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)
不可否認(rèn)的是,農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在近幾年的智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中取得了顯著成效。隨著農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)普及程度越來越高,其在智慧農(nóng)業(yè)中的發(fā)展應(yīng)用同樣也有待提高。本文對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用優(yōu)勢進行了分析,對智慧農(nóng)業(yè)信息采集和智能報警領(lǐng)域的系統(tǒng)進行設(shè)計與改進,以期為智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供參考。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)信息采集領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢
一是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)可以改善農(nóng)業(yè)種植信息的采集手段。利用智能傳感器相關(guān)技術(shù)能夠收集并整理農(nóng)作物生長的土壤水分、環(huán)境溫度、光照等農(nóng)作物生長指標(biāo)信息能有效地促進農(nóng)產(chǎn)品生長,減少自然災(zāi)害對農(nóng)產(chǎn)品造成的損失,提高農(nóng)作物產(chǎn)量,增加經(jīng)濟效益。
二是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)可以提高農(nóng)業(yè)種植信息處理的效率與質(zhì)量。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)云計算以及智能控制技術(shù)等高新技術(shù),對采集到的農(nóng)業(yè)種植信息進行處理,更好地完成土壤資源和水資源以及病蟲害監(jiān)測。以達(dá)到改善農(nóng)作物生長環(huán)境、避免自然災(zāi)害侵襲的作用,為農(nóng)作物生長營造一個更有利的環(huán)境,最終提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量,推動經(jīng)濟發(fā)展。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)信息采集領(lǐng)域的應(yīng)用問題
農(nóng)業(yè)信息的采集智能化有待提升
智慧農(nóng)業(yè)下物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)相關(guān)信息的采集智能化有待提升。現(xiàn)如今農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)采集農(nóng)作物生長環(huán)境指標(biāo)數(shù)據(jù)大多過度依賴傳感器的靈敏度以及傳感器的相關(guān)控制技術(shù)。此外,一些指標(biāo)信息過多地依賴人為調(diào)控與采集的操作手法,容易造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、可參考性較低等問題。
信息采集完成與數(shù)據(jù)處理時間不一致
從事農(nóng)作物培養(yǎng)的相關(guān)人員,在經(jīng)過相應(yīng)的傳感器采集技術(shù)得到農(nóng)作物生長環(huán)境的相關(guān)信息后,并不能及時通曉農(nóng)作物生長環(huán)境是否適宜現(xiàn)在的農(nóng)作物不能第一時間給出改善農(nóng)產(chǎn)品生長環(huán)境指標(biāo)的措施甚至采集到的數(shù)據(jù)信息會被擱置或者毫無實際價值對此,迫切需要一種采集到指標(biāo)信息后能夠第一時間給出相應(yīng)警報提示的安防功能裝置。
農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)采集信息服務(wù)欠缺
農(nóng)業(yè)信息化是農(nóng)業(yè)達(dá)到現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志但是我國的許多農(nóng)業(yè)信息采集水平依舊處于低端、落后的狀態(tài),缺乏完整的信息采集系統(tǒng)架構(gòu)以及標(biāo)準(zhǔn)?,F(xiàn)如今,在國內(nèi)農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展過程中依舊存在信息質(zhì)量不高、個性化服務(wù)不強以及信息采集系統(tǒng)欠缺等問題。
物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)信息采集系統(tǒng)總體方案
系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)
智慧農(nóng)業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ谛畔⒉杉室约靶畔①|(zhì)量要求較高。此次系統(tǒng)設(shè)計旨在實現(xiàn)以下幾個核心功能:一是基礎(chǔ)功能,即獲取空氣溫濕度、光照、土壤溫濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、雨水的傳感器數(shù)據(jù)以及安防實時監(jiān)控、人體紅外傳感器實時獲取異常狀態(tài)、控制報警器、攝像頭實時監(jiān)控;二是實時獲取傳感器數(shù)據(jù)并實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制;三是實時發(fā)布室內(nèi)異常狀態(tài)并能夠控制信號燈實現(xiàn)報警;四是傳感器歷史數(shù)據(jù)查詢,能夠提供拓展的手機應(yīng)用App功能,可以實時獲取傳感器數(shù)據(jù)并實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。
系統(tǒng)框架
現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程已離不開人工對環(huán)境的操控本方案將單片機控制與智能傳感器檢測相結(jié)合,給出了將單片機的溫度以及環(huán)境中的水蒸氣濃度檢測作為核心并將之以代碼實現(xiàn)的規(guī)劃方案。單片機體積不大,性價比高,對溫濕度測量的精確度很高,可以全面滿足生產(chǎn)要求。
根據(jù)生產(chǎn)活動中的現(xiàn)實需求,設(shè)計溫度、濕度閉環(huán)檢測、安防報警系統(tǒng)以及控制軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu),在系統(tǒng)運作過程中,將需要測量的目標(biāo)的溫度數(shù)據(jù)通過溫度、濕度檢測和變換電路變換成電信號。通過A/D 轉(zhuǎn)換器將其變?yōu)閿?shù)字信號輸送到單片機中,對于需要進行檢測的溫度、濕度值,便可通過本軟件依據(jù)單片機STC15W4K32S4中所設(shè)定的相關(guān)程序,得到對應(yīng)的溫度和濕度數(shù)值。
為解決傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)經(jīng)營管理落后的問題,設(shè)計出基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的智慧安防警報系統(tǒng),其采用了ZigBee網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)了對大棚或農(nóng)田安防實時監(jiān)控報警,極大地提高了管理水平。
系統(tǒng)驗證環(huán)境
物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)采集系統(tǒng)用到的傳感器底層驅(qū)動包括氣象站與土壤溫度、水分 2個部分,以ZigBeeZslack協(xié)議棧中的土壤溫度、水分驅(qū)動程序為例,物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)采集系統(tǒng)中集成智能報警系統(tǒng)傳輸過程分為傳感器、無線節(jié)點、網(wǎng)關(guān)、智云數(shù)據(jù)中心、客戶端(Android、Web)等部分,具體通信描述如下:
(1)無線終端/路由節(jié)點(以下簡稱無線節(jié)點)通過導(dǎo)線讀取傳感器的數(shù)據(jù),無線節(jié)點通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)關(guān)上集成的匯集節(jié)點進行組網(wǎng)通信。
(2)網(wǎng)關(guān)上的智慧云服務(wù),將集成在網(wǎng)關(guān)上的匯集節(jié)點收到的數(shù)據(jù)推送到本地局域網(wǎng)和遠(yuǎn)程智云數(shù)據(jù)中心。
(3)智云數(shù)據(jù)中心接收到網(wǎng)關(guān)上的智云服務(wù)程序上傳的無線節(jié)點數(shù)據(jù)之后,將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫,啟動服務(wù)程序等待客戶端連接,并提供實時數(shù)據(jù)查詢、歷史數(shù)據(jù)查詢等接口。
(4)客戶端(Android,web)通過調(diào)用智云數(shù)據(jù)接口,實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集等功能或?qū)鞲衅鬟M行控制。
數(shù)據(jù)采集
土壤溫度、水分采集。一是精準(zhǔn)實時的數(shù)據(jù)采集和記錄,有利于農(nóng)戶及時查看數(shù)據(jù)異常,以便做出相應(yīng)的處理來減少農(nóng)作物損失;二是遠(yuǎn)程控制和實時監(jiān)控數(shù)據(jù),即通過手機App遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)監(jiān)控。
Android 應(yīng)用程序如下:D導(dǎo)入Android工程,打開Eelipse集成開發(fā)工具,將物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)采集系統(tǒng)SmartWalering-Android 工程導(dǎo)入 Eelipse集成開發(fā)環(huán)境中。
編譯Android工程。使用USB線將s4418/s6818網(wǎng)關(guān)(或其他安卓設(shè)備)與計算機相連并且確認(rèn)計算機能夠識別Android設(shè)備,點擊Eclipse 集成開發(fā)環(huán)境上方圖標(biāo)編譯=Smart Walering 工程,等待Android工程編譯通過并且將工程安裝到s4418/s6818 網(wǎng)關(guān)中當(dāng)有新的軟件頁面跳出表示Android工程編譯并安裝成功。
智能報警
智能報警系統(tǒng)可以在有外來物體靠近報警器時自動產(chǎn)生蜂鳴報警。智能報警系統(tǒng)底層主要采用人體紅外傳感器和報警燈2個硬件模塊。試驗使用商業(yè)人體紅外探測器傳感器,通信方式為I0電平通信,型號為ZY-RTHWOo1xI0。人體紅外探測器傳感器通過RJ45端口連接到LiteB 節(jié)點的B端子連接。傳感器10引腳默認(rèn)電平位高,當(dāng)人體紅外探測器傳感器監(jiān)測到紅外光信號發(fā)生變化時,人體紅外探測器傳感器會發(fā)出報警,同時通信接口電平被拉低。
本試驗使用商業(yè)報警燈傳感器,通信方式電平觸發(fā),型號為ZY-B.00lxI0。報警燈通過MD/8 端子連接到ZXBeeLite節(jié)點的B端子連接,通過B端子上K1號腳控,默認(rèn)控制狀態(tài)為關(guān)閉,當(dāng)向K1接口寫高電平時,報警燈打開智能報警系統(tǒng)用到的傳感器底層驅(qū)動也包括人體紅外與報警燈2個部分,以ZigBeeZslack 協(xié)議棧中的人體紅外為例。
通過歷史數(shù)據(jù)查詢,對比歷史數(shù)據(jù),可以方便科研人員做出相應(yīng)的判斷,促進農(nóng)作物更好地生長;通過安防監(jiān)控和異常監(jiān)控,保障了科研場所的安全。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智慧農(nóng)業(yè)相結(jié)合是未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢。借助物聯(lián)網(wǎng)以及傳感器相關(guān)技術(shù)與方法,設(shè)計了一套智慧農(nóng)業(yè)背景下信息采集以及智能報警的設(shè)施裝備,并應(yīng)用在智慧農(nóng)業(yè)、數(shù)據(jù)監(jiān)測以及預(yù)警領(lǐng)域。