智能農業物聯網精細農業自控係統

智能農(nong) 業(ye) 物聯網精細農(nong) 業(ye) 自控係統

智能農(nong) 業(ye) 物聯網精細農(nong) 業(ye) 自控係統，主要通過溫度傳(chuan) 感器、土壤傳(chuan) 感器、濕度傳(chuan) 感器和溫控儀(yi) 、濕控儀(yi) 、空氣測試儀(yi) 、自動噴灌係統相連接，通過WIFI設備服務器與(yu) 遠端天線矩陣通訊，再通過第三代光載無線交換機，將溫度、濕度、土壤幹燥度等數據實時地送到遠程智能係統，再將數據通過手機或手持終端發送給農(nong) 業(ye) 人員、農(nong) 業(ye) 專(zhuan) 家、給農(nong) 業(ye) 專(zhuan) 家的遠程指導、方案決(jue) 策提供數據依據。

一、概述

　　物聯網是新一代信息技術的重要組成部分。物聯網的英文名稱叫“The Internet of things”。顧名思義(yi) ，物聯網就是“物物相連的互聯網”。這有兩(liang) 層意思：*，物聯網的核心和基礎仍然是互聯網，是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡;第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物體(ti) 與(yu) 物體(ti) 之間，進行信息交換和通信(M2M:Machine to Machine)。因此，物聯網的定義(yi) 是：通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、定位係統、激光掃描器等信息傳(chuan) 感設備，按約定的協議，把任何物體(ti) 與(yu) 互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現對物體(ti) 的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。

　　基於(yu) 物聯網技術的農(nong) 業(ye) (Precision Agriculture ) 是當今世界農(nong) 業(ye) 發展的新潮流。傳(chuan) 統農(nong) 業(ye) 的模式已遠不能適應農(nong) 業(ye) 可持續發展的需要，產(chan) 品質量問題，資源嚴(yan) 重不足且普遍浪費，環境汙染，產(chan) 品種類需求多樣化等諸多問題使農(nong) 業(ye) 的發展陷入惡性循環，而農(nong) 業(ye) 為(wei) 現代農(nong) 業(ye) 的發展提供了一條光明之路，農(nong) 業(ye) 與(yu) 傳(chuan) 統農(nong) 業(ye) 相比大的特點是以高新技術和科學管理換取對資源的大節約。它是由信息的根據空間變異，定位、定時、定量地實施現代化農(nong) 事操作技術與(yu) 管理的係統，其基本涵義(yi) 是根據作物生長的土壤性狀，調節對作物的投入，即一方麵查清田塊內(nei) 部的土壤性狀與(yu) 生產(chan) 力空間變異，另一方麵確定農(nong) 作物的生產(chan) 目標，進行定位的“係統診斷、優(you) 化配方、技術組裝、科學管理”，調動土壤生產(chan) 力，以少的或節省的投入達到同等收入或更高的收入，並改善環境，地利用各類農(nong) 業(ye) 資源，取得經濟效益和環境效益。

　　在實現農(nong) 業(ye) 的道路上，現有的基於(yu) 有線的智能農(nong) 業(ye) 係統依然存在著諸多問題，隨著物聯網技術的發展，基於(yu) 無線傳(chuan) 感網的物聯網農(nong) 業(ye) 係統將農(nong) 業(ye) 從(cong) 概念化轉化為(wei) 產(chan) 業(ye) 化，無線網絡具有較高的傳(chuan) 輸帶寬、抗幹擾能力強、安全保密性好，而且功率譜密度低。利用上述特點，可組建針對農(nong) 田信息采集和管理的目的無線網絡，實現農(nong) 田信息的無線、實時傳(chuan) 輸。同時，可以給用戶提供更多的決(jue) 策信息和，用戶可隨時隨地通過電腦和手機等終端進行查詢、實現整個(ge) 係統的遠程管理。

　　綜上所述，智能農(nong) 業(ye) 取代傳(chuan) 統農(nong) 業(ye) 是農(nong) 業(ye) 發展的必然，更是符合我國國情的選擇，智能農(nong) 業(ye) 可以促進農(nong) 業(ye) 發展方式的轉變，可以實現利用各類農(nong) 業(ye) 資源和改善環境這一可持續發展目標，不但可以大限度提高農(nong) 業(ye) 現實生產(chan) 力，而且是實現、高產(chan) 、低耗和環保的可持續發展農(nong) 業(ye) 的有效途徑。

二、方案原理

　　物聯網精細農(nong) 業(ye) 自控係統主要通過溫度傳(chuan) 感器、土壤傳(chuan) 感器、濕度傳(chuan) 感器和溫控儀(yi) 、濕控儀(yi) 、空氣測試儀(yi) 、自動噴灌係統相連接，通過WIFI設備服務器與(yu) 遠端天線矩陣通訊，再通過第三代光載無線交換機，將溫度、濕度、土壤幹燥度等數據實時地送到遠程智能係統，再將數據通過手機或手持終端發送給農(nong) 業(ye) 人員、農(nong) 業(ye) 專(zhuan) 家、給農(nong) 業(ye) 專(zhuan) 家的遠程指導、方案決(jue) 策提供數據依據。

網絡拓撲圖

　　如圖示，根據設施農(nong) 業(ye) 大棚區域分布廣(20畝(mu) )、及視頻和傳(chuan) 感數據采集現場相對比較複雜、綜合布線難度大等特點，在數據采集方式上不同於(yu) 傳(chuan) 統的有線工業(ye) 自動化總線方式，考慮光載無線交換機的覆蓋區域廣、信號相對穩定，我們(men) 選用工業(ye) 總線和無線網絡技術相結合方式，實現分片采集、廣域傳(chuan) 輸。

三、係統結構

　　物聯網中的“物”包括4種：農(nong) 田(棉田、麥田與(yu) 玉米地)現場視頻實時畫麵、傳(chuan) 感器網絡、數據管理終端和智能手機.構建物聯網的目的是將這4種“物”連接起來，使農(nong) 田能夠成為(wei) 網絡中的一個(ge) 可觀測終端，在此一共包括3個(ge) 層麵的連接：感知層、傳(chuan) 輸層、應用層。

　　其中，網絡層我們(men) 推薦廣州市飛瑞敖電子科技有限公司的第三代光載無線交換機。光載無線(Radio-over-Fiber, ROF)技術充分利用光纖高帶寬、低損耗的特點，大大拓展無線信號的傳(chuan) 輸距離，簡化遠端基站結構，降低係統傳(chuan) 輸成本並提高係統傳(chuan) 輸性能、頻譜效率、覆蓋區域和靈活性，實現超寬帶無線接入與(yu) 光傳(chuan) 輸技術的融合。由於(yu) 該技術具有超寬帶有線傳(chuan) 輸與(yu) 靈活無線接入的突出優(you) 勢，將成為(wei) 未來移動通信、超寬帶無線接入以及無線傳(chuan) 感網絡的重要技術支撐。

四、項目建設原則

　　統籌規劃、標準統一、保證安全、經濟實效、適度前瞻。係統建設和係統設計必須遵循以下原則：

1、充分利用現有的資源

　　充分利用現有計算機、網絡、信息的資源，避免重複建設。

2、先進性與(yu) 發展性

　　采用計算機係統和光載無線技術進行係統設計，既要保證當前係統運行的高可靠性，又要能適應未來技術發展的需要。

3、實用性與(yu) 經濟性

　　在係統設計中，不僅(jin) 要考慮到目前各種業(ye) 務的實際需求，更充分考慮到將來業(ye) 務種類增長的需求，從(cong) 實用性出發，解決(jue) 實際問題。

4、標準化與(yu) 開放性

　　采用符合、國家標準的軟件和硬件設備，遵循有關(guan) 技術規範體(ti) 製，使係統具有靈活的互聯能力。

5、可靠性與(yu) 安全性

　　選用可靠的產(chan) 品與(yu) 技術，在係統出現異常時，具有應變能力和容錯能力，確保係統安全可靠。對某些信息資源的使用要進行一定的權限劃分，並對信息係統的運行情況進行實時監控。

6、信息共享

　　對信息資源考慮有條件、分層次共享，使信息既得到充分、有效的利用，又符合內(nei) 部信息的保密要求。

7、靈活性與(yu) 擴充性

　　選用符合發展潮流的標準的軟件，使係統具有良好的可移植性、可擴展性，保證在將來發展中迅速采用新出現的技術，降低係統成本。

五、感知層

　　主要負責視頻畫麵與(yu) 傳(chuan) 感數據采集，通過攝像頭、終端傳(chuan) 感器，對設施農(nong) 業(ye) 現場實時畫麵、作物生長大棚、室外空氣溫度、濕度和土壤的溫度、濕度的數據采集，采集方式視頻畫麵為(wei) 連續采集，傳(chuan) 感器數據為(wei) 周期性自動采集，采集周期可根據用戶要求設定，用戶也可臨(lin) 時通過終端修改周期時間。

感知層采集數據

隨機抽取到的數據

六、傳(chuan) 輸層

　　感知層數據利用WIFI設備服務器，數據轉換為(wei) 基於(yu) 802.11b/g的2.4GHZ無線信號，發射到就近天線矩陣轉換為(wei) 光信號，通過單模光纖傳(chuan) 輸200-5000米距離後，到達中心機房的第三代光載無線交換機，交換機內(nei) 部經過光/電信號轉換後、及射頻交換後，終轉換為(wei) 以太網協議，通過RJ45網線，接入農(nong) 場本地局域網，據此，遠程信號與(yu) 本地局域網信號交換傳(chuan) 輸完畢。

應用層

　　利用WEB服務器，及PC終端應用層專(zhuan) 業(ye) 控製軟件，用戶可在本地數據庫調用現場實時視頻錄像、按周期采集的溫濕度、土壤成分、土壤溫度、空氣成分、光度等數據，用戶在個(ge) 人PC或者手機終端上可以查看，並根據這些數據與(yu) 現場圖像，在遠程對農(nong) 場進行操作。

用戶在個(ge) 人終端上查看數據

用戶在個(ge) 人終端上查看現場實時畫麵

七、方案施工成本與(yu) 周期

1、主要設備選型

第三代光載無線交換機

　　1、該產(chan) 品可混合傳(chuan) 輸WiFi與(yu) 2G3G4G以及其他無線信號，可為(wei) 使用者節省大量的無線網絡建設投資，避免重複施工，並極大地提高網絡建設速度。

　　2、該產(chan) 品將WiFi信號的產(chan) 生、處理集中於(yu) 內(nei) 部(中央機房)，以光纖實現大範圍(200到5000米)分布，通過遠端天線完成信號覆蓋及雙向傳(chuan) 輸。

2、施工具體(ti) 方案

　　需現場勘查。

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