智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用研究

摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為信息產(chǎn)業(yè)的第三代浪潮，其發(fā)展與應(yīng)用為人與物、物與物之間的信息交換創(chuàng)造了一個全新的平臺。分析了基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展和作用，分析了智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的軟、硬件結(jié)構(gòu)，闡述了智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智慧農(nóng)業(yè)；LoRa

中圖分類號：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）33-0272-02

1 智慧農(nóng)業(yè)

隨著信息技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，各行各業(yè)都加速了信息化手段的應(yīng)用，智能化水平不斷提高。農(nóng)業(yè)是關(guān)系國計民生的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其高效、安全生產(chǎn)是重中之重。近年來隨著信息化的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也開始積極利用信息技術(shù)來實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。智慧農(nóng)業(yè)采用了物聯(lián)網(wǎng)、云計算、互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)等技術(shù)，通過無線通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場中各個傳感節(jié)點信息（如CO2濃度、光照、溫度、濕度等）的采集和傳輸，從而為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供智能分析和決策，實現(xiàn)智能預(yù)警和可視化管理。與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)主要依賴自然資源和人力相比，智慧農(nóng)業(yè)能更加精準(zhǔn)、智能的控制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率，加速農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程。

2 智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集模塊和智能控制模塊。如圖1所示。數(shù)據(jù)采集模塊是利用各類傳感器采集對大棚溫室中影響農(nóng)作物生長的重要數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，如CO2濃度、土壤的含水量、溫濕度以及光照情況。系統(tǒng)的視頻監(jiān)控功能也是數(shù)據(jù)采集的重要部分，通過視頻監(jiān)控可以全方位采集和監(jiān)測到農(nóng)作物的生長情況，這些實時圖像數(shù)據(jù)為農(nóng)業(yè)專家決策提供了重要依據(jù)，為農(nóng)作物的病害蟲防治以及科學(xué)施肥提供重要幫助。系統(tǒng)智能控制模塊通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)獲取到所采集到的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、對比和分析，實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)設(shè)備（如卷簾、灌溉設(shè)備、風(fēng)機等）的自動精準(zhǔn)控制，從而使農(nóng)作物獲得最適宜生長的環(huán)境。

智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)施主要包括采集傳感器、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控、氣象監(jiān)測、LoRa無線傳輸以及智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控管理平臺。

環(huán)境參數(shù)的采集是智能大棚溫室控制的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，而這一工作是由傳感器完成的。傳感器包括土壤PH傳感器、光照度傳感器、空氣溫濕度傳感器和土壤溫濕度傳感器等。通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可連接傳感器采集：環(huán)境溫濕度、光照度、風(fēng)速、二氧化碳濃度、土壤溫度、土壤水分、土壤鹽分、PH值等。

視頻監(jiān)控主要采集的是大棚溫室內(nèi)視頻圖像，是大棚溫室內(nèi)數(shù)據(jù)信息的有效補充。主要是采用高清攝像頭對大棚溫室內(nèi)的農(nóng)作物的生長情況進(jìn)行一個全方位、實時的反饋。從而為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動提供有益的指導(dǎo)和幫助。根據(jù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)反饋的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會自動開啟或關(guān)閉相關(guān)農(nóng)業(yè)設(shè)備，以為農(nóng)作物提供最優(yōu)的生長環(huán)境。目前常見的有通風(fēng)控制系統(tǒng)、補光燈控制系統(tǒng)、遮陽控制系統(tǒng)、水閥精準(zhǔn)控制系統(tǒng)、卷簾機控制系統(tǒng)等。

氣象監(jiān)測主要完成氣象信息的全天候監(jiān)測，主要有風(fēng)向、風(fēng)速、空氣溫濕度等。智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控管理平臺根據(jù)氣象站提供的天氣環(huán)境，可以做到提前控制或調(diào)節(jié)大棚溫室中的各農(nóng)業(yè)設(shè)備，為防災(zāi)減災(zāi)以及科學(xué)生產(chǎn)和管理提供幫助。

LoRa具有超遠(yuǎn)通訊距離、超高安全可靠性、超低功耗、超低成本等優(yōu)點，隨著網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的發(fā)展，被作為各種廣域密集型采集控制的首選網(wǎng)絡(luò)，在智慧農(nóng)業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的底層為多個LoRa節(jié)點負(fù)責(zé)監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集。網(wǎng)關(guān)作為基站，一方面用于傳遞信息到監(jiān)控中心，是監(jiān)控中心和監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)之間的接口。另一方面發(fā)揮了網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的功能，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)匯集、網(wǎng)絡(luò)的建立和維護(hù)。

智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控管理平臺是自動化控制系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)大棚溫室中所采集信息的存儲、檢索、分析和管理。提供了人機交互的接口，負(fù)責(zé)控制命令的發(fā)送和管理。工作人員可通過智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控管理平臺發(fā)送控制指令，遠(yuǎn)程控制大棚溫室內(nèi)的農(nóng)業(yè)設(shè)備，實現(xiàn)智能化、無人操作和管理。

3 智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)在實際應(yīng)用中實現(xiàn)了大棚溫室內(nèi)數(shù)據(jù)采集和顯示、設(shè)備管理和控制。

在系統(tǒng)的實時顯示區(qū)，如圖2所示，可查看傳感器、網(wǎng)關(guān)等設(shè)備的實時通訊狀態(tài)及數(shù)據(jù)，傳感器實時數(shù)據(jù)包括：農(nóng)場蔬菜大棚的溫度、濕度值、設(shè)備通信狀態(tài)、灑水狀態(tài)、當(dāng)前灑水模式、傳感器上一次通信時間、灑水開始時間等。網(wǎng)關(guān)實時數(shù)據(jù)包括：設(shè)備地址、設(shè)備安裝位置、當(dāng)前通信狀態(tài)等。

設(shè)備管理功能能實現(xiàn)對系統(tǒng)中網(wǎng)關(guān)（網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備）、傳感器的管理功能。設(shè)備管理界面如圖3所示：

在添加網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能中可輸入網(wǎng)關(guān)IP地址、端口號、安裝位置，完成網(wǎng)關(guān)添加工作；在網(wǎng)絡(luò)通信模塊配置修改界面，網(wǎng)關(guān)IP不允許修改，可編輯端口號、安裝位置等信息。在傳感器配置界面中，選擇所屬模塊，選擇傳感器地址，輸入安裝位置，選擇模式自動灑水模塊等信息后可完成傳感器的添加工作。

自動控制功能實現(xiàn)了灑水策略的設(shè)定、灑水計劃發(fā)送和遠(yuǎn)程控制。灑水策略模塊負(fù)責(zé)配置整個系統(tǒng)的灑水策略庫，以為所有的傳感器提供灑水策略選擇數(shù)據(jù)源。發(fā)送計劃是指修改傳感器的自動灑水計劃后需要手動發(fā)送該計劃至傳感器端，以使傳感器可根據(jù)本計劃自動定時灑水。因傳感器具有自動灑水功能，傳感器會根據(jù)配置灑水計劃到時自動灑水，故傳感器具有時鐘功能，需對其進(jìn)行校時，系統(tǒng)具有手動校時和自動校時功能，自動校時由系統(tǒng)定時6小時以廣播命令形式自動校時，手動校時需用戶手動操作完成。系統(tǒng)除具有傳感器定時自動灑水功能外，還具有手動遠(yuǎn)程灑水功能，此功能可遠(yuǎn)程控制傳感器灑水方式。

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【通聯(lián)編輯：光文玲】