物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究

申玉宏

（呼倫貝爾學(xué)院物理與電子信息學(xué)院，內(nèi)蒙古 海拉爾021008）

0 引言

我國(guó)作為一個(gè)以農(nóng)業(yè)發(fā)展的大國(guó)，提高農(nóng)業(yè)的產(chǎn)量非常重要，但目前我國(guó)農(nóng)業(yè)的產(chǎn)量還很低，同時(shí)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中消耗的各種資源量卻非常大，因此，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)技術(shù)已經(jīng)不能夠支撐當(dāng)前我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，嚴(yán)重阻礙我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展速度。針對(duì)目前這一情況，隨著信息化和科學(xué)技術(shù)的不斷提升，將當(dāng)今新興的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展中，能夠使得農(nóng)業(yè)智能化，進(jìn)一步提高農(nóng)產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量，同時(shí)還可以節(jié)省大量的人力和物力。

1 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的概述

1．1 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的定義

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是由傳感器、監(jiān)控設(shè)備和移動(dòng)終端等設(shè)備組成，通過遠(yuǎn)程控制將農(nóng)田里的環(huán)境信息和農(nóng)作物信息傳遞給農(nóng)民，農(nóng)民可以足不出戶掌握農(nóng)田里的各種信息。其中，傳感器包括溫度傳感器、濕度傳感器、光傳感器和PH值傳感器等等，可以檢測(cè)出農(nóng)田環(huán)境的溫度、濕度、光照強(qiáng)度、CO2濃度、PH值等信息參數(shù)，再通過儀表儀器顯示出來，保證農(nóng)作物有一個(gè)良好的生長(zhǎng)環(huán)境。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將傳統(tǒng)以人為中心的農(nóng)業(yè)管理模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐揽恐悄芑O(shè)備和軟件為中心的生產(chǎn)管理模式。

1．2 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)與物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)，它也分為三個(gè)層次，分別是信息感知層、信息傳輸層和信息應(yīng)用層。

1）信息感知層，主要功能是利用各種傳感器收集環(huán)境和土壤信息，并通過短距離傳輸技術(shù)傳輸收集到的數(shù)據(jù)，它作為三層架構(gòu)的最底層，是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的短距離傳輸技術(shù)有RFID技術(shù)、Wi-Fi、藍(lán)牙和有線傳輸技術(shù)將數(shù)據(jù)傳送到網(wǎng)關(guān)。

2）信息傳輸層，主要功能是處理和傳輸信息感知層中傳感器收集到的數(shù)據(jù)信息，并融合和擴(kuò)展現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，適合遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)更加高效、更加安全的互聯(lián)功能。

3）信息應(yīng)用層，主要功能是對(duì)感知層收集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行融合、處理和分析，并通過各種終端設(shè)備與農(nóng)戶之間進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化和自動(dòng)化。

2 物聯(lián)網(wǎng)在智能農(nóng)業(yè)中的關(guān)鍵技術(shù)

2．1 Wi-Fi技術(shù)

Wi-Fi眾所周知，現(xiàn)在人人離不開它，它是一種短距離無線通信技術(shù)，室內(nèi)的輻射范圍在100米左右，室外可以達(dá)到200米左右，顧名思義就是在較小的范圍或區(qū)域內(nèi)提供的無線傳輸通信技術(shù)，是Wireless Fidelity的縮寫，是以太網(wǎng)無線技術(shù)的擴(kuò)展，使用開放的2.4GHZ微波頻段，理論上的最高速率是11Mb/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了普通家庭使用的有線寬帶，是當(dāng)今使用最廣泛的一種短距離無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。

2．2 RFID 技術(shù)

RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)是一種無線射頻識(shí)別通信技術(shù)，可以通過無線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫，而無需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或者光學(xué)接觸。射頻段是指讀寫器通過天線發(fā)送、接收并識(shí)讀的標(biāo)簽信號(hào)頻率的范圍，讀寫器的頻率和射頻標(biāo)簽的頻率必須相同才能夠工作。

RFID系統(tǒng)通常包括電子標(biāo)簽、閱讀器和天線。其工作流程是：閱讀器通過天線發(fā)送特定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入此信號(hào)磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流同時(shí)被激活，這時(shí)芯片中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)會(huì)被發(fā)送，天線再將接收到的載波信號(hào)傳送給閱讀器，閱讀器對(duì)信號(hào)進(jìn)行解析并將數(shù)據(jù)傳到后臺(tái)進(jìn)行處理，完成對(duì)數(shù)據(jù)的控制。RFID的頻段有四個(gè)，分別時(shí)低頻、高頻、超高頻和微波，目前后三種主要應(yīng)用在現(xiàn)實(shí)生活中。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中通常使用國(guó)家免申請(qǐng)的433MHz頻段進(jìn)行近距離直線傳輸，其常用在物聯(lián)網(wǎng)關(guān)與無線采集控制節(jié)點(diǎn)中。

3 物聯(lián)網(wǎng)在智能農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

3．1 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)總體設(shè)計(jì)

本章節(jié)圍繞農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的三層體系架構(gòu)介紹物聯(lián)網(wǎng)在智能農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，重點(diǎn)對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集、視頻監(jiān)控、終端設(shè)備顯示信息等模塊進(jìn)行介紹。主要實(shí)現(xiàn)的功能是：通過設(shè)置各種傳感器實(shí)時(shí)采集農(nóng)田中的溫度、濕度和CO2濃度等參數(shù)信息，并通過RFID技術(shù)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將采集到的信息傳輸至物聯(lián)網(wǎng)關(guān)，物聯(lián)網(wǎng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，然后通過終端設(shè)備顯示給用戶（農(nóng)戶）。

1）信息感知層，在該層設(shè)置各種環(huán)境傳感器（溫度傳感器、濕度傳感器、CO2濃度傳感器）、射頻發(fā)射端和接收端、無線采集模塊、攝像頭、DAAU（物聯(lián)網(wǎng)關(guān)）,達(dá)到采集數(shù)據(jù)、分析、轉(zhuǎn)發(fā)的功能。

2）傳輸層，是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的中間層，起到傳輸數(shù)據(jù)的作用，在傳輸過程中經(jīng)過不同架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)完成通信，使用RFID無線通信網(wǎng)等技術(shù)，完成對(duì)監(jiān)控視頻和檢測(cè)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

3）應(yīng)用層，在該層放置數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器及Web服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，分析。Web服務(wù)器為移動(dòng)終端設(shè)備提供查詢歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)查看、視頻監(jiān)控等功能。

3．2 關(guān)鍵模塊設(shè)計(jì)

1）傳感器的數(shù)據(jù)采集

不同的傳感器通過RFID網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，本文主要使用溫度傳感器、濕度傳感器和CO2濃度傳感器，傳感器的放置位置對(duì)其獲取到的數(shù)據(jù)有一定的影響，因此，為了使得到的數(shù)據(jù)有效，一般傳感器放置在距離地面三分之一處，位置過高或過低，都會(huì)引起采集到數(shù)據(jù)的不精確，采用RFID無線射頻技術(shù)避免了有線網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)田中設(shè)置的不方便。

2）物聯(lián)網(wǎng)管（DAAU）的設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)關(guān)（Data Analysis Acquisition Unit）簡(jiǎn)稱 DAAU，在本設(shè)計(jì)中，它通過無線網(wǎng)絡(luò)，與各種傳感器、攝像頭連接，并與DAAU服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，DAAU服務(wù)器對(duì)DAAU發(fā)來的數(shù)據(jù)（通過TCP_Socket）進(jìn)行解析和接收，將偵聽到的有效信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

3）Web服務(wù)器的設(shè)計(jì)

Web服務(wù)器是運(yùn)行在服務(wù)器上的一套Web應(yīng)用程序。用戶通過登錄Web站點(diǎn)進(jìn)行訪問，對(duì)終端數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、查詢和分析等操作。對(duì)于Web服務(wù)器的部署，首先需要添加IIS6.0配置文件，將用Visual Studio 2008開發(fā)工具開發(fā)的程序安裝在Web服務(wù)器端，將用戶的業(yè)務(wù)處理集中到Web服務(wù)器端，從而減少用戶終端處理數(shù)據(jù)的壓力。

4 結(jié)束語

本文通過將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)中，解決了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)管理模式的諸多局限性，同時(shí)引入移動(dòng)終端設(shè)備，使農(nóng)戶隨時(shí)隨地都可以查看和控制農(nóng)田的生長(zhǎng)情況，充分體現(xiàn)出智能農(nóng)業(yè)在引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)后的自動(dòng)化化和遠(yuǎn)程化。

［1］蔡鑌,馬玉芳,邱秀榮,等.面向智能農(nóng)業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2013,(14)．

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