物聯(lián)網(wǎng)支持下的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)

陽(yáng)明霞

（柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與信息工程學(xué)院，廣西 柳州 545006）

要想推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)快速發(fā)展，就要根據(jù)時(shí)代發(fā)展需求，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，在提升農(nóng)業(yè)信息化水平的同時(shí)，引導(dǎo)我國(guó)農(nóng)業(yè)建設(shè)全面發(fā)展。通過(guò)應(yīng)用現(xiàn)代化技術(shù)，充分應(yīng)用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源，在減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本投放的同時(shí)，給農(nóng)村群眾創(chuàng)造理想的效益。隨著傳感器、嵌入式技術(shù)發(fā)展和興起，將其應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，通過(guò)建立農(nóng)業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，能夠有效的轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展模式，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理水平，引導(dǎo)我國(guó)農(nóng)業(yè)朝著現(xiàn)代化和科學(xué)化的領(lǐng)域發(fā)展，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)目標(biāo)。

1 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

數(shù)據(jù)服務(wù)器是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的主要組成部分，它可利用無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)之間的聯(lián)通，從而達(dá)到無(wú)線通信的目的。在進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要由三部分內(nèi)容構(gòu)建而成，其中包含網(wǎng)關(guān)監(jiān)控平臺(tái)、無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù)收集平臺(tái)和遠(yuǎn)程控制平臺(tái)。光照傳感器以及溫濕傳感器分配設(shè)定在對(duì)應(yīng)的終端節(jié)點(diǎn)中，利用無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)，把大棚內(nèi)部實(shí)際情況進(jìn)行采集，并將采集的信息傳遞到網(wǎng)關(guān)中。在網(wǎng)關(guān)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯中和分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)采光系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)和熱循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行情況的把控，對(duì)農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)部環(huán)境加以調(diào)節(jié)。網(wǎng)關(guān)平臺(tái)可以把所有數(shù)據(jù)利用物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)將其傳遞到遠(yuǎn)程控制平臺(tái)中，并在此中進(jìn)行數(shù)據(jù)保存，能夠在網(wǎng)頁(yè)中進(jìn)行數(shù)據(jù)展現(xiàn)。

2 物聯(lián)網(wǎng)支持下的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 控制模塊設(shè)計(jì)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中的控制模板一般由繼電器建立而成。通常情況下，在自動(dòng)化控制電路的作用下，將其當(dāng)作電控器件，其具備的功能在于轉(zhuǎn)換以及自動(dòng)控制調(diào)節(jié)電路，可以在該控制模板的作用下，實(shí)現(xiàn)電路運(yùn)行情況的評(píng)斷。另外，控制模板中還具備隔離電路功能。

2.2 傳感器采集節(jié)點(diǎn)選擇

在種植農(nóng)業(yè)大棚中，為了給農(nóng)作物生長(zhǎng)提供良好的環(huán)境，保證農(nóng)作物的穩(wěn)定生長(zhǎng)，需要采用監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)情況的監(jiān)測(cè)，因此，在設(shè)定監(jiān)控系統(tǒng)過(guò)程中，需要借助傳感器采集節(jié)點(diǎn)，并由傳感器及芯片建設(shè)該平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)相關(guān)信息的收集和處理。

2.3 光照傳感器設(shè)計(jì)

在光照傳感器系統(tǒng)中，主要應(yīng)用光敏電阻以及外部電路等方式建設(shè)，該類(lèi)性的控制系統(tǒng)，能夠在農(nóng)業(yè)大棚日照充足的情況下進(jìn)行信息采集，同時(shí)將采集的信息傳遞到網(wǎng)關(guān)中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)采光系統(tǒng)運(yùn)行情況的把控。

3 物聯(lián)網(wǎng)支持下的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行系統(tǒng)軟件構(gòu)建設(shè)計(jì)的過(guò)程中，主要是根據(jù)數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)傳遞、數(shù)據(jù)保存及數(shù)據(jù)發(fā)布等內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)。軟件系統(tǒng)一般需要從三個(gè)防線實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)程序的開(kāi)發(fā)，其中包含了感知節(jié)點(diǎn)傳感器終端程度、協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序以及監(jiān)控中心相關(guān)程序等。系統(tǒng)需要把感知節(jié)點(diǎn)所收集的農(nóng)業(yè)環(huán)境等數(shù)據(jù)利用對(duì)應(yīng)程度傳遞到數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行保存，并且數(shù)據(jù)庫(kù)利用檢測(cè) Web服務(wù)器相關(guān)操作，把接收的相關(guān)信息傳遞到對(duì)應(yīng)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)感知節(jié)點(diǎn)的把控。

3.2 感知節(jié)點(diǎn)

（1）無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)程度設(shè)計(jì)通常由兩部分內(nèi)容組建而成，一個(gè)是傳感節(jié)點(diǎn)程序，另一個(gè)是網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)程序。擔(dān)具的職責(zé)在于農(nóng)業(yè)感知領(lǐng)域數(shù)據(jù)收集和傳遞。各個(gè)節(jié)點(diǎn)都具備對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)地址，并進(jìn)行節(jié)點(diǎn)信息的記錄。針對(duì)傳感節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)電荷初始化操作之后，各個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)根據(jù)默認(rèn)程序進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和傳遞。假設(shè)節(jié)點(diǎn)信息獲取來(lái)源于監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)布的信息，將會(huì)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)信息處理，并根據(jù)相關(guān)指令進(jìn)行數(shù)據(jù)修改，按照修改之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。

（2）傳感器控制程序。傳感器控制程序通常是把所感知的模擬信號(hào)利用電壓的方式進(jìn)行傳遞，之后利用模數(shù)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，其中包含了土壤濕度傳感器、CO濃度傳感器和以及水環(huán)境pH值傳感器等。利用平均值算法的方式保證收集精度的精準(zhǔn)性。土壤濕度傳感器主要采用TDR 3設(shè)計(jì)方式，其輸出電壓以及實(shí)際土壤含數(shù)量轉(zhuǎn)換公式是：

式中：θv為土壤含水量；Vout為傳感器輸出電壓值。

（3）攝像頭控制程序。本系統(tǒng)主要采用海康威視高清攝像頭當(dāng)作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，該攝像能夠?qū)λO(jiān)控范疇內(nèi)實(shí)際情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，能夠所采集的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理，支持RS232接口。

4 協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)軟件實(shí)現(xiàn)

4.1 協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)軟件實(shí)現(xiàn)

協(xié)調(diào)器網(wǎng)管軟件實(shí)現(xiàn)，一般是借助協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，擔(dān)具的職責(zé)在于處理來(lái)源于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)及監(jiān)控重心下發(fā)的指令等，通過(guò)多線程方式加以科學(xué)設(shè)計(jì)，其中包含了串口接收線性、串口發(fā)送線性、TCP接收線程、TCP發(fā)送線程。針對(duì)串口接收線程來(lái)說(shuō)，通過(guò)對(duì)其是否接收到相關(guān)數(shù)據(jù)情況進(jìn)行評(píng)判，經(jīng)過(guò)處理之后把數(shù)據(jù)保存在tcpsendbuf中，將其設(shè)定成數(shù)字1；針對(duì)串口發(fā)送線程而言，通過(guò)對(duì)tcpsendflg數(shù)值是否為1的評(píng)判，明確指令傳遞情況，并利用uartsend進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。針對(duì)TCP接收線程，通過(guò)評(píng)判是否接收到來(lái)源于uartsend傳遞的數(shù)據(jù)，并利用tcprecv進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取，把數(shù)據(jù)保存在

通過(guò)判斷tcpsendflg的值是否為1來(lái)進(jìn)行拍照指令的發(fā)送，并通過(guò)uartsend進(jìn)行uartsendbuf，將其設(shè)定成數(shù)字1；針對(duì)TCP發(fā)送線程，通過(guò)評(píng)判uartsendflg數(shù)值以及數(shù)據(jù)種類(lèi)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞。

4.2 監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)試

在基于物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后，需要對(duì)其運(yùn)行情況及功能進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)內(nèi)容中涉及了傳感器性能以及無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)通信狀況等。這些內(nèi)容檢測(cè)均需要根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行。通過(guò)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行情況檢測(cè)得知，該系統(tǒng)具備較強(qiáng)的平穩(wěn)性和可靠性，能夠給智能化農(nóng)業(yè)發(fā)展提供支持。

要想檢測(cè)出各個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)是否已經(jīng)和物聯(lián)網(wǎng)充分結(jié)合，需要利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)地點(diǎn)應(yīng)該選擇農(nóng)業(yè)生產(chǎn)研究部分。檢測(cè)采用的技術(shù)為三個(gè)模塊終端節(jié)點(diǎn)及一個(gè)協(xié)調(diào)器模塊。要想在檢測(cè)過(guò)程中能夠深入掌握無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)傳感器組網(wǎng)運(yùn)行情況，需要把不同顏色指示燈分別安裝在對(duì)應(yīng)的電路板中。組網(wǎng)檢測(cè)流程是：

首先，啟動(dòng)電源開(kāi)關(guān)，在閃縮幾秒之后，建立在協(xié)調(diào)器中的發(fā)光二極管將會(huì)保持持續(xù)亮燈的狀況，這種狀況也就預(yù)示著初步物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建而成。要想實(shí)現(xiàn)持續(xù)檢測(cè)，需要把一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)安置在和協(xié)調(diào)器間距20m的位置處，每間隔20m的位置安裝2個(gè)終端節(jié)點(diǎn)，并且在相同時(shí)間內(nèi)進(jìn)行電源節(jié)點(diǎn)開(kāi)啟。在電路板節(jié)點(diǎn)中，啟動(dòng)開(kāi)關(guān)之后，如果出現(xiàn)綠色小燈不停閃爍的弦線，而黃色小燈則處于長(zhǎng)時(shí)間光亮狀態(tài)。這種現(xiàn)象則預(yù)示該三個(gè)節(jié)點(diǎn)都順利的連入到物聯(lián)網(wǎng)傳感器中，并處于運(yùn)行狀態(tài)。經(jīng)過(guò)多次檢測(cè)，假設(shè)物聯(lián)網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)偏離網(wǎng)絡(luò)狀況，則無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)傳感器將自動(dòng)舍棄該節(jié)點(diǎn)，并重新建設(shè)網(wǎng)絡(luò)。針對(duì)沒(méi)有脫離物聯(lián)網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)將正常運(yùn)行，不會(huì)因?yàn)橹匦陆ㄔO(shè)物聯(lián)網(wǎng)程序而受到一定影響。

5 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械化中應(yīng)用

5.1 農(nóng)機(jī)裝備技術(shù)領(lǐng)域

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，能夠有效的掌握農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際情況，其中包含了農(nóng)作物生產(chǎn)環(huán)境、土壤濕度、內(nèi)部溫度、PH值等，結(jié)合采集的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，明確適合農(nóng)作物生長(zhǎng)的環(huán)境，提升農(nóng)作物生產(chǎn)量。并且借助網(wǎng)絡(luò)智能化技術(shù)，核查和統(tǒng)計(jì)農(nóng)作物生產(chǎn)各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)，便于農(nóng)村群眾實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理，改善農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境，提升生產(chǎn)效率及質(zhì)量?，F(xiàn)階段西方國(guó)家在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備中，把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用其中，能夠識(shí)別莠草的噴霧器由此產(chǎn)生。這種類(lèi)型的噴霧器可精準(zhǔn)找出莠草所在位置并及時(shí)處理，在某種程度上能減少人工成本及給環(huán)境帶來(lái)的影響。

5.2 氣候智能型農(nóng)業(yè)領(lǐng)域

氣候環(huán)境將會(huì)給農(nóng)業(yè)帶來(lái)直接影響。當(dāng)前，隨著氣候環(huán)境的逐漸改變，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)將會(huì)遭受不同程度的破壞，農(nóng)作物生產(chǎn)質(zhì)量將會(huì)逐漸降低，這給我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展造成嚴(yán)重影響，提升農(nóng)作物適應(yīng)環(huán)境能力已成為迫切需求。研發(fā)人員要利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境感應(yīng)能力的監(jiān)測(cè)，并提醒農(nóng)村群眾及時(shí)做好對(duì)應(yīng)防御工作，降低農(nóng)業(yè)對(duì)環(huán)境依賴(lài)度，提升農(nóng)村群眾對(duì)環(huán)境改變的應(yīng)對(duì)能力。如在農(nóng)業(yè)水利水位中安裝水位測(cè)量系統(tǒng)，能夠及時(shí)采集和整合水位信息。

6 結(jié) 語(yǔ)

把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)當(dāng)作核心的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)，具備一定的穩(wěn)定性及可靠性，并且自身含有的可移植能力比較高，應(yīng)用人員能利用監(jiān)控系統(tǒng)，提升數(shù)據(jù)平穩(wěn)度，由數(shù)據(jù)庫(kù)保存相關(guān)數(shù)據(jù)，給農(nóng)業(yè)環(huán)境探究提供精準(zhǔn)的水平。在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能化發(fā)展提供了支持，并對(duì)農(nóng)業(yè)智能化發(fā)展起到引導(dǎo)性作用。