農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)測(cè)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

彭志良，趙澤英，陳維榕，王 虎，李莉婕

（貴州省農(nóng)業(yè)科技信息研究所，貴州貴陽(yáng)550006）

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)測(cè)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

彭志良，趙澤英＊，陳維榕，王 虎，李莉婕

（貴州省農(nóng)業(yè)科技信息研究所，貴州貴陽(yáng)550006）

針對(duì)貴州省的生態(tài)氣候條件和果蔬生產(chǎn)的實(shí)際需要，采用多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程測(cè)控方案，開(kāi)發(fā)適宜貴州果蔬生產(chǎn)管理的網(wǎng)關(guān)、數(shù)傳、采集控制等ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，開(kāi)發(fā)集數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、遠(yuǎn)程傳輸、存儲(chǔ)管理、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布、視頻監(jiān)測(cè)等為一體的物聯(lián)網(wǎng)測(cè)控系統(tǒng)，建立不同地形地貌、種植模式環(huán)境下的8個(gè)127.8hm2果蔬物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范基地，推動(dòng)果蔬生產(chǎn)基地的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。

ZigBee；物聯(lián)網(wǎng)；自動(dòng)測(cè)控；蔬菜；果樹(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，其實(shí)質(zhì)是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，是指通過(guò)各種信息傳感設(shè)備實(shí)時(shí)采集任何需要測(cè)控、連接和互動(dòng)的物體或過(guò)程，采集其各種需要的信息，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。作為現(xiàn)代信息技術(shù)三大基礎(chǔ)（傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)）高度集成而形成的物聯(lián)網(wǎng)，可廣泛應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信息采集、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的智能化控制等各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)集約、高效、生態(tài)、安全的重要支撐，研究物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)應(yīng)用與示范實(shí)踐［1－5］，對(duì)于農(nóng)業(yè)廣域空間分布的資源和環(huán)境信息的監(jiān)測(cè)、處理及優(yōu)化資源配置、生產(chǎn)管理信息的實(shí)時(shí)采集與分析都具有至關(guān)重要的意義。因此，以蔬菜、果樹(shù)種植為對(duì)象開(kāi)發(fā)基于生產(chǎn)管理監(jiān)測(cè)與控制的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，并進(jìn)行示范應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)種植環(huán)境中溫、光、水、氣、肥的監(jiān)測(cè)與控制。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

針對(duì)ZigBee、VPN、WiFi、GPRS和3G／4G等各自的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，采用多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程測(cè)控方案［6－8］，根據(jù)測(cè)控現(xiàn)場(chǎng)不同的網(wǎng)絡(luò)接入條件，采用不同的實(shí)現(xiàn)方式。測(cè)控現(xiàn)場(chǎng)采用ZigBee無(wú)線傳感器、WiFi網(wǎng)絡(luò)、光纖網(wǎng)絡(luò)或無(wú)線AP等建立測(cè)控現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)。在有條件的地方可在測(cè)控現(xiàn)場(chǎng)與中心服務(wù)器間建立VPN通道；對(duì)于一些有線（如ADSL、專線等）接入比較方便的測(cè)控現(xiàn)場(chǎng)，采用有線網(wǎng)線或WiFi進(jìn)入Internet；針對(duì)地理位置分散，遠(yuǎn)離可上網(wǎng)地點(diǎn)的情況，通過(guò)4G／3G／GPRS／CDMA無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離聯(lián)網(wǎng)，在3 G／4G信號(hào)覆蓋較好的環(huán)境采用3G／4G方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在3G／4G網(wǎng)絡(luò)尚未覆蓋的測(cè)控現(xiàn)場(chǎng)則自動(dòng)切換為GPRS和CDMS等2.5G的傳輸方式，保持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)捻槙场?/p>

整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備由現(xiàn)場(chǎng)傳感器或控制設(shè)備、終端模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊和服務(wù)器等幾部分構(gòu)成（圖1），在具體的集成時(shí)，首先根據(jù)監(jiān)測(cè)、控制要求配備各種硬件，再將各個(gè)部件用物聯(lián)網(wǎng)與Internet網(wǎng)連接到測(cè)控服務(wù)器，形成能實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)與控制功能要求的完整系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)終端模塊負(fù)責(zé)采集環(huán)境數(shù)據(jù)，對(duì)輔助設(shè)備執(zhí)行控制指令等操作。服務(wù)器主要負(fù)責(zé)接收存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，發(fā)送控制指令，并為用戶提供多種數(shù)據(jù)決策、運(yùn)算與訪問(wèn)服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)通信模塊是現(xiàn)場(chǎng)終端模塊與中心服務(wù)器通信的樞紐，網(wǎng)絡(luò)通信模塊是指具有網(wǎng)絡(luò)共享功能的一類設(shè)備或芯片，其主要功能是讓現(xiàn)場(chǎng)終端測(cè)控模塊接入Internet與中心服務(wù)器建立網(wǎng)絡(luò)連接，可能是一臺(tái)小型路由器，也可能是集成到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的3G／GPRS無(wú)線移動(dòng)芯片或獨(dú)立的3G路由器。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)智能測(cè)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)示意圖Fig.1 The diagram of internet intelligent monitoring and control system

2 ZigBee無(wú)線設(shè)備開(kāi)發(fā)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

ZigBee無(wú)線設(shè)備為用戶端和田間傳感器建立一條透明通信通道，分為網(wǎng)關(guān)設(shè)備、數(shù)傳設(shè)備及采集控制設(shè)備，均采用2.4G自由頻段的ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，RS232接口，9－36VDC電壓供電。使用集成化思想和動(dòng)態(tài)電源管理技術(shù)，縮小其體積，降低其功耗及成本，增加可靠性。

ZigBee數(shù)傳設(shè)備負(fù)責(zé)為串口終端設(shè)備增加無(wú)線通訊能力或作為ZigBee的中繼路由，主要由CPU、射頻和接插件3個(gè)部分組成，系統(tǒng)中ZigBee數(shù)傳設(shè)備選用JN5139無(wú)線數(shù)傳模塊作為系統(tǒng)核心芯片，其集成RISC處理器、RF收發(fā)器、ROM、RAM、ADC和DAC，且采用TPS71533電源管理芯片對(duì)處理及通信模塊進(jìn)行供電，深度睡眠時(shí)僅消耗0.24μA電流，靈敏度高達(dá)97dBm，最大輸出＋3 dBm，最大傳送速率為250kbps，添加少量的外圍元器件后，JN5139則可快速高效的實(shí)現(xiàn)ZigBee通信功能。

ZigBee網(wǎng)關(guān)設(shè)備負(fù)責(zé)將ZigBee網(wǎng)絡(luò)連接到有線局域網(wǎng)、802.11b／g無(wú)線局域網(wǎng)、GPRS／CDMA／3G等網(wǎng)絡(luò)中。數(shù)據(jù)由ZigBee進(jìn)入網(wǎng)關(guān)采用串行傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?，采用JN5139嵌入式的ZigBee無(wú)線數(shù)傳模塊［9－13］將收集的數(shù)據(jù)送到協(xié)調(diào)器，由協(xié)調(diào)器將數(shù)據(jù)送至應(yīng)用層，再通過(guò)串口發(fā)送到網(wǎng)關(guān)。相反，網(wǎng)關(guān)將外部網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行解封通過(guò)串口交給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器將數(shù)據(jù)封裝后，加上ZigBee的短地址發(fā)送出去，則實(shí)現(xiàn)從ZigBee到網(wǎng)關(guān)的雙向數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)關(guān)外部網(wǎng)絡(luò)連接模塊中，Wifi模塊采用嵌入式ZK1000模塊，以太網(wǎng)模塊采用嵌入式ZK400，GPRS／CDMA模塊采用SIEMENS GPRS模塊與基于ARM7內(nèi)核的TCP／IP協(xié)議控制芯片高度集成的ZK6000模塊，TPS71533和TPS7133電源管理芯片分別對(duì)ZigBee模塊和接入網(wǎng)絡(luò)模塊進(jìn)行供電。

ZigBee采集控制設(shè)備是集成采集、控制和無(wú)線傳輸于一體的小型無(wú)線RTU，4路4～20mA（或0～5V）采集，4路光隔開(kāi)關(guān)量輸入，4路繼電器輸出，內(nèi)建Modbus協(xié)議。采用JN5139無(wú)線數(shù)傳模塊，TPS71533和TPS7133電源管理芯片分別對(duì)處理及通信模塊和傳感器模塊進(jìn)行供電，采用ELM9550C為傳感器模塊提供5V的電源電壓。測(cè)控設(shè)備供電采用12V外接膠體電池供電，電池可采用交流變直流后充電，也可采用太陽(yáng)能供電，電路中安裝浪涌保護(hù)器和地線，防止雷擊造成設(shè)備損壞。

2.2 軟件開(kāi)發(fā)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)在Jennic提供的開(kāi)發(fā)平臺(tái)上進(jìn)行，Jennic公司在ZigBee協(xié)議棧的基礎(chǔ)上提供了初始化、協(xié)議棧調(diào)用和協(xié)議棧調(diào)用應(yīng)用等一些基本的接口函數(shù)。設(shè)備軟件包括實(shí)時(shí)的任務(wù)調(diào)度單元（RTOS）、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)管理單元（PDM）、系統(tǒng)功耗管理控制單元（PWRM）、協(xié)議棧數(shù)據(jù)通信控制單元（PDUM）、數(shù)據(jù)采集與控制實(shí)施單元（DACI）。網(wǎng)關(guān)設(shè)備負(fù)責(zé)組網(wǎng)并啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，定時(shí)接收網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和發(fā)送測(cè)控信號(hào)，并通過(guò)Internet連接模塊向服務(wù)器寫(xiě)數(shù)據(jù)或接收信號(hào)；采集控制設(shè)備負(fù)責(zé)完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與執(zhí)行控制，通過(guò)通信模塊將采集數(shù)據(jù)包傳送或接收控制信號(hào)；路由設(shè)備負(fù)責(zé)建立跳轉(zhuǎn)，將網(wǎng)關(guān)設(shè)備與采集控制設(shè)備進(jìn)行聯(lián)接。各節(jié)點(diǎn)遵循休眠－被喚醒－正常工作的工作模式，在休眠狀態(tài)，處理器停止工作，而SPI端口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。當(dāng)中斷產(chǎn)生，節(jié)點(diǎn)通過(guò)控制引腳信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器的控制，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和發(fā)送。

網(wǎng)關(guān)設(shè)備是物聯(lián)網(wǎng)主服務(wù)端設(shè)備，其程序中設(shè)置有客戶端列表，客戶端在使用與主服務(wù)端相同的頻段訪問(wèn)主服務(wù)端后，將客戶端信息加載進(jìn)入客戶端服務(wù)列表。無(wú)線ZigBee模塊在接入網(wǎng)絡(luò)中預(yù)先通過(guò)串口設(shè)置信道、ProfileID和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)設(shè)備地址，開(kāi)機(jī)后按照信道設(shè)置搜索服務(wù)端設(shè)備，服務(wù)端確認(rèn)接入端設(shè)備的ProfileID和設(shè)備內(nèi)部地址后，將設(shè)備加載進(jìn)入設(shè)備列表，完成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)搭建。

3 智能測(cè)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)工具

智能測(cè)控系統(tǒng)為部署在應(yīng)用服器上的平臺(tái)軟件，作為整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的主服務(wù)端，基于·net framework 4.0環(huán)境，采用Visual Studio 2010開(kāi)發(fā)，總體設(shè)計(jì)分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)查詢、視頻監(jiān)控、設(shè)備控制和平臺(tái)管理等模塊（圖2），各模塊通過(guò)使用不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行通訊。數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)通過(guò)TCP／IP協(xié)議采集網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)送的農(nóng)田環(huán)境因子與作物生理生態(tài)參數(shù)，接收到數(shù)據(jù)之后解析指令內(nèi)容，然后根據(jù)解析的結(jié)果作相應(yīng)處理操作。數(shù)據(jù)査詢模塊提供平臺(tái)系統(tǒng)面向客戶端的全部服務(wù)接口，采用Web Service開(kāi)發(fā)，用戶根據(jù)定制的前端接口格式向前端服務(wù)發(fā)送請(qǐng)求，前端服務(wù)接口接收到請(qǐng)求后，首先通過(guò)驗(yàn)證過(guò)濾非法的請(qǐng)求，然后根據(jù)請(qǐng)求的內(nèi)容獲取數(shù)據(jù)信息。設(shè)備控制模塊負(fù)責(zé)對(duì)于田間設(shè)備的控制，同時(shí)負(fù)責(zé)環(huán)境信息的異常預(yù)警。

3.2 信息采集與設(shè)備控制

信息采集與設(shè)備控制運(yùn)用多線程技術(shù)與socket通信技術(shù)開(kāi)發(fā)，注重程序的并發(fā)處理能力，控制協(xié)議采用ModBus。軟件負(fù)責(zé)與各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)終端設(shè)備建立控制連接，保證控制指令的實(shí)時(shí)發(fā)送執(zhí)行。軟件啟動(dòng)后，占用固定通信端口，專為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備訪問(wèn)通道，Socket首先建立IP及主機(jī)端口套接字，然后將套接字加入監(jiān)聽(tīng)序列。軟件開(kāi)始不斷地掃描是否有客戶端設(shè)備接入，當(dāng)有客戶端進(jìn)入時(shí)，通過(guò)客戶端發(fā)送的身份標(biāo)識(shí)認(rèn)證客戶端身份，并將設(shè)備加入客戶端列表。在服務(wù)器接收連接后，服務(wù)器與客戶機(jī)可通過(guò)調(diào)用函數(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

圖2 系統(tǒng)平臺(tái)的功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖Fig.2 The functional and structural design drawing of the system platform

數(shù)據(jù)采集指令的特征碼為03，按照地址＋特征碼＋數(shù)據(jù)端口＋crc的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行設(shè)置。數(shù)據(jù)采集指令發(fā)送后，若物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備成功接收數(shù)據(jù)指令，返回設(shè)備端口采集到的數(shù)據(jù)值，按照MOUDBUS協(xié)議格式進(jìn)行編譯后返回給軟件系統(tǒng)。當(dāng)軟件系統(tǒng)與設(shè)備通信時(shí)，讀取到數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)入delegate方法進(jìn)行委托處理，代碼如下：

設(shè)備控制與數(shù)據(jù)采集類似，但數(shù)據(jù)特征碼不同，數(shù)據(jù)特征碼為05。系統(tǒng)發(fā)出指令后，節(jié)點(diǎn)設(shè)備在運(yùn)行控制代碼后，返回一組與接收指令相同的指令，軟件系統(tǒng)收到指令后可確認(rèn)控制狀態(tài)成功改寫(xiě)。在控制設(shè)備時(shí)，由于供電異常、信號(hào)異常及設(shè)備故障等原因，設(shè)備控制指令發(fā)出后無(wú)響應(yīng)，設(shè)備控制異常。在經(jīng)過(guò)實(shí)際試驗(yàn)后，綜合設(shè)備反應(yīng)和信號(hào)的傳輸?shù)纫蛩卦O(shè)定異常處理時(shí)限。在控制時(shí)限內(nèi)，設(shè)備正常接收返回的控制指令；超出時(shí)限，則為系統(tǒng)超時(shí)設(shè)定，系統(tǒng)連接失敗?？刂茣r(shí)限代碼：

3.3 視頻監(jiān)控嵌入

在測(cè)控現(xiàn)場(chǎng)配合安裝帶有云臺(tái)控制功能的海康威視高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭，實(shí)時(shí)觀察到設(shè)備指令的執(zhí)行情況，監(jiān)測(cè)作物的生長(zhǎng)發(fā)育狀態(tài)，建立作物生長(zhǎng)圖片庫(kù)。采用?？低昳VMS－7000集中監(jiān)控應(yīng)用管理平臺(tái)建立流媒體服務(wù)器與大容量磁盤(pán)陣列，視頻監(jiān)控的嵌入開(kāi)發(fā)通過(guò)鏈接視頻服務(wù)器平臺(tái)，采用TCP／IP網(wǎng)絡(luò)通信與Webservers作為數(shù)據(jù)橋接軟件，應(yīng)用?？狄曨l顯示組件與接口組件進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，采用監(jiān)控接口為基礎(chǔ)平臺(tái)，通過(guò)視頻接口video WebReference獲取視頻監(jiān)控通道信息，使用基礎(chǔ)視頻播放axPlayView＿OCX插件加載視頻信息，將網(wǎng)絡(luò)攝像頭視頻接收到本地，實(shí)現(xiàn)視頻預(yù)覽、視頻窗口調(diào)整和攝像頭調(diào)整等需求。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)調(diào)用接口連接函數(shù)，向視頻服務(wù)器發(fā)出連接需求。連接成功后，按照攝像頭連接格式，生成xml連接配置文件，連接獲取視頻監(jiān)控圖像。

3.4 系統(tǒng)功能

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)界面參見(jiàn)圖3。

圖3 物聯(lián)網(wǎng)測(cè)控的系統(tǒng)界面Fig.3The interface ofinternet intelligent monitoring and control system

3.4.1 系統(tǒng)配置 設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)、終端模塊參數(shù)，數(shù)據(jù)采集時(shí)間段、采集間隔、控制系統(tǒng)執(zhí)行條件等參數(shù)。

3.4.2 采集數(shù)據(jù) 軟件按設(shè)定程序或指令，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并將其存貯在數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.4.3 控制功能 將控制指令通過(guò)傳輸模塊發(fā)送給終端模塊，控制設(shè)備的開(kāi)啟或關(guān)閉。

3.4.4 數(shù)據(jù)查詢 提供農(nóng)田環(huán)境與作物生理生態(tài)信息查詢、傳感器節(jié)點(diǎn)狀態(tài)査詢和用戶信息查詢等查詢接口。

3.4.5 決策功能 將環(huán)境數(shù)據(jù)作為支撐，農(nóng)作物管理模型作為管理基礎(chǔ)，為作物管理提供精準(zhǔn)管理方案，智能解決農(nóng)業(yè)灌溉、施肥和通風(fēng)等管理問(wèn)題，當(dāng)環(huán)境因子達(dá)設(shè)定下限時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)設(shè)備，當(dāng)環(huán)境因子達(dá)設(shè)定數(shù)值上限時(shí)自動(dòng)關(guān)閉設(shè)備。

3.4.6 視頻監(jiān)控 將不同地方的視頻集中到1個(gè)平臺(tái)中，可集中管理和監(jiān)測(cè)生產(chǎn)活動(dòng)，為病蟲(chóng)害預(yù)警及遠(yuǎn)程專家診斷提供依據(jù)。

3.4.7 數(shù)據(jù)管理 在系統(tǒng)內(nèi)查看數(shù)據(jù)讓用戶隨時(shí)隨地管理數(shù)據(jù)信息，按照數(shù)據(jù)應(yīng)用方案，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和整理。

3.4.8 平臺(tái)管理 主要是監(jiān)控平臺(tái)的運(yùn)行狀態(tài)，記錄平臺(tái)每天處理的所有任務(wù)情況，主要由權(quán)限模塊、監(jiān)控模塊和日志系統(tǒng)等部分組成。

4 應(yīng)用示范

依據(jù)開(kāi)發(fā)的設(shè)備與軟件建立貴州省農(nóng)業(yè)科技信息研究所惠水試驗(yàn)基地、羅甸林場(chǎng)火龍果基地、普定縣綠源苗業(yè)有限公司梨園基地、普定縣嘉名農(nóng)業(yè)科技有限公司玫瑰園基地、南明區(qū)永樂(lè)鄉(xiāng)桃園種植基地、凱里市舟溪鎮(zhèn)黔東南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園區(qū)、榕江蔬菜標(biāo)準(zhǔn)化園、關(guān)嶺縣板貴鄉(xiāng)火龍果標(biāo)準(zhǔn)園等不同地形地貌、種植模式的環(huán)境下8個(gè)127.8hm2果蔬物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范基地，推動(dòng)了果蔬生產(chǎn)基地的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，產(chǎn)生了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。如關(guān)嶺縣板貴鄉(xiāng)三家寨村火龍果物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范基地田間監(jiān)測(cè)與測(cè)產(chǎn)，節(jié)水節(jié)肥50%，每批次單株結(jié)果增加1個(gè)，單果重增加0.07kg，優(yōu)果率達(dá)81.6%，增產(chǎn)78.3%；普定玫瑰種植基地節(jié)水70%左右，節(jié)肥45%；普定梨樹(shù)種植基地節(jié)水節(jié)肥超過(guò)50%。

5 小結(jié)

1）根據(jù)貴州省的生態(tài)氣候條件、土壤條件和果蔬生產(chǎn)的實(shí)際需要，選擇了適宜貴州果蔬生產(chǎn)管理的相關(guān)硬件設(shè)備與控制策略，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了基于ZigBee的物聯(lián)網(wǎng)測(cè)控系統(tǒng)，針對(duì)多種不同測(cè)控需求同時(shí)采用多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多種網(wǎng)絡(luò)融合與無(wú)縫連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)多種環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、遠(yuǎn)程傳輸、存儲(chǔ)管理、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布、分析處理，并將圖像、視頻多媒體技術(shù)集成在系統(tǒng)中，克服了傳統(tǒng)測(cè)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)封閉測(cè)控的局限性。通過(guò)在省內(nèi)多個(gè)果蔬園區(qū)的示范應(yīng)用，具有較好的效果，將推動(dòng)貴州果蔬物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展。

2）研究開(kāi)發(fā)的硬件設(shè)計(jì)時(shí)采用簡(jiǎn)單有效的協(xié)議及算法降低了節(jié)點(diǎn)整體功耗，在測(cè)控區(qū)域內(nèi)部署工作時(shí)自動(dòng)加入網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)具有很強(qiáng)的容錯(cuò)性能。但除環(huán)境因素及距離的關(guān)系外，網(wǎng)絡(luò)通信還受到電磁、天氣因素及節(jié)點(diǎn)本身硬件的精度等影響，今后將進(jìn)一步增加影響因素的關(guān)系分析，不斷改進(jìn)信號(hào)傳播模型，從而提高定位的準(zhǔn)確性與組網(wǎng)的容錯(cuò)能力。

3）由于物聯(lián)網(wǎng)測(cè)控系統(tǒng)投資較高，企業(yè)或種植大戶不愿獨(dú)自承擔(dān)物聯(lián)網(wǎng)測(cè)控系統(tǒng)的投資，目前系統(tǒng)的推廣應(yīng)用存在“瓶頸”問(wèn)題。隨著貴州高效農(nóng)業(yè)示范園區(qū)建設(shè)進(jìn)程的加快和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，果蔬產(chǎn)業(yè)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)測(cè)控系統(tǒng)的廣泛需求。因此，下一步的研究中，將引入新的智能化技術(shù)和傳感技術(shù)開(kāi)發(fā)價(jià)格低、性能可靠及操作簡(jiǎn)便的硬件產(chǎn)品，并利用物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)長(zhǎng)期采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，開(kāi)發(fā)適應(yīng)環(huán)境復(fù)雜多變的作物管理模型，提升平臺(tái)的通用性，降低物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用成本。

［1］葛文杰，趙春江.農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展對(duì)策研究［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2014（7）：222－230，277.

［2］余欣榮.關(guān)于發(fā)展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)［J］.中國(guó)科學(xué)院院刊，2013（6）：679－685.

［3］許世衛(wèi).我國(guó)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及對(duì)策［J］.中國(guó)科學(xué)院院刊，2013（6）：686－692.

［4］秦懷斌，李道亮，郭 理.農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2014（4）：246－248，252.

［5］劉 藝.基于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理若干關(guān)鍵技術(shù)的研究［D］.北京：北京郵電大學(xué)，2014.

［6］閻曉軍，王維瑞，梁建平.北京市設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式構(gòu)建［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012（4）：149－154.

［7］毛科軍，官宏義.天津市農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)區(qū)域試驗(yàn)工程的實(shí)踐［J］.中國(guó)科學(xué)院院刊，2013（6）：693－699.

［8］李 瑾，郭美榮，高亮亮.農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用及創(chuàng)新發(fā)展策略［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015（S2）：200－209.

［9］楊維國(guó)，殳國(guó)華.基于ZigBee模塊JN5139無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.電氣自動(dòng)化，2010（1）：54－56.

［10］曾湘林，胡培平，姜從群，等.基于JN5139－Z01－M00的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)［J］.機(jī)電工程，2010 （6）：124－126.

［11］熊俊俏，馮進(jìn)維，羅 帆.基于JN5139的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（5）：88－90.

［12］陳 莎，高紅菊，劉艷哲，等.基于JN5139的農(nóng)田無(wú)線傳感器網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)融合研究［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2016（5）：6－14.

［13］竇 楠，杜尚豐，趙 亮.基于JN5139無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)［C］／／中國(guó)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì).紀(jì)念中國(guó)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)成立30周年暨中國(guó)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)2009年學(xué)術(shù)年會(huì)（CSAE 2009）論文集.中國(guó)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)，2009.

（責(zé)任編輯：劉忠麗）

Development and Application of Agricultural Internet Monitoring System

PENG Zhiliang，ZHAO Zheying＊，CHEN Weirong，WANG Hu，LI Lijie
（Guizhou Institute of Agricultural Science and Technology Information，Guiyang，Guizhou550006，China）

The ZigBee wireless network equipment with gateway，data transmission and collection control for production management of fruits and vegetables and the integration internet monitoring and control system with data collection，equipment control，remote transmission，storage management，Web publishing and video monitoring are developed by the agricultural internet long－distance monitoring and control scheme with multiple network technology according to local ecological climatic conditions and actual demand of fruits and vegetables production in Guizhou.8internet application demonstration bases （127.8hm2）of fruits and vegetables are built according to different landform and cropping pattern to promote standardization construction of fruits and vegetables production bases.

ZigBee；internet；automatic monitoring；vegetable；fruit

S126

A

1001－3601（2016）08－0358－0135－05

2016－05－02；2016－07－01修回

貴州省農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目“果蔬作物物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)集成與示范”［黔科合NY字（2011）3097］；貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院項(xiàng)目“貴州主要經(jīng)濟(jì)作物物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)集成與示范應(yīng)用”［黔農(nóng)科院院專項(xiàng)（2011）030］，“土壤墑情自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用”［黔農(nóng)科院院專項(xiàng)（2011）031］，“貴州辣椒、火龍果數(shù)字化管理技術(shù)研究”［黔農(nóng)科院自主創(chuàng)新科研專項(xiàng)字（2014）011］，“農(nóng)業(yè)園區(qū)水肥精準(zhǔn)控制管理技術(shù)研究與示范”

彭志良（1962－），男，研究員，從事農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究。E－mai1：pengzhiliang＠126.com

＊通訊作者：趙澤英（1975－），男，研究員，從事農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究。E－mai1：605538133＠qq.com