智慧農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

(遼寧科技大學(xué) 遼寧 鞍山 114051)

一、引言

(一)背景。我國(guó)擁有廣闊的耕地面積，但耕種方式主要為傳統(tǒng)農(nóng)耕，這種耕種方式的澆水施肥全憑經(jīng)驗(yàn)，而且還看天氣。不僅占用大量的勞動(dòng)力，也容易導(dǎo)致土壤附著性低，既破壞了土壤，又對(duì)土地的發(fā)展造成很大的影響。因此，智慧農(nóng)業(yè)是勢(shì)在必行的趨勢(shì)。

(二)我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀。現(xiàn)如今，我國(guó)農(nóng)業(yè)的的發(fā)展還存在許多問(wèn)題。1.農(nóng)戶個(gè)體戶多，生產(chǎn)分散，農(nóng)業(yè)發(fā)展滯后；2.農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格不透明；3.農(nóng)產(chǎn)品缺少分級(jí)，價(jià)格差異化不明顯；4.流通損耗大，物流成本高；5.新技術(shù)應(yīng)用推廣難。

二、智慧農(nóng)業(yè)

智慧農(nóng)業(yè)采用三種技術(shù)，即物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、多方面?zhèn)鞲衅骱腿斯ぶ悄茑l(xiāng)結(jié)合，與此同時(shí)，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，使傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)更有精準(zhǔn)預(yù)測(cè)、與多方位管控的新式思維。物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)，能夠去除農(nóng)業(yè)市場(chǎng)的時(shí)間空間以及地理約束，可以將植物的數(shù)據(jù)傳遞出去，也可以實(shí)時(shí)監(jiān)控，把信息不對(duì)等問(wèn)題解決了，同時(shí)也使資源得到了節(jié)約，效率得到提高。

提供科技型的全方位信息服務(wù)；實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，既節(jié)約資源也保證了產(chǎn)品質(zhì)量；提高效率的同時(shí)也提升同行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

三、方案設(shè)計(jì)

把基于物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的智慧農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)硬件子系統(tǒng)與人機(jī)交互系統(tǒng)按各子系統(tǒng)進(jìn)行分工，在Windows操作系統(tǒng)中，我們可以使用C#.Net來(lái)進(jìn)行編程。該系統(tǒng)的開發(fā)包括各子系統(tǒng)的硬件數(shù)據(jù)采集設(shè)備調(diào)試、基于關(guān)鍵詞與語(yǔ)義理解的人性化語(yǔ)音設(shè)計(jì)、虹膜識(shí)別設(shè)計(jì)、傳感信息采集數(shù)據(jù)與用戶使用習(xí)慣等數(shù)據(jù)分析的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)設(shè)計(jì)以及最終建立的基于物聯(lián)網(wǎng)與人工智能的智慧農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)。為支持后續(xù)開發(fā)及具有更好的可擴(kuò)展性，系統(tǒng)中預(yù)留了RS232、TCP/IP與UDP等多種常用的通訊接口。整合后的基于物聯(lián)網(wǎng)與人工智能的智慧農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多線程控制，實(shí)現(xiàn)智能語(yǔ)音交互、人臉識(shí)別與智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的自然人性化控制與智能化控制，搭建的數(shù)據(jù)庫(kù)可供后續(xù)研究的大數(shù)據(jù)分析使用。

(一)系統(tǒng)功能描述

智慧農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)

1.物聯(lián)網(wǎng)感知層。應(yīng)用于溫室大棚的光照及溫濕度監(jiān)測(cè)裝置、土地含水量監(jiān)測(cè)和二氧化碳監(jiān)測(cè)器具等，對(duì)室內(nèi)的各種環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并作出記錄，保證環(huán)境中植被能夠在良好進(jìn)行生長(zhǎng)發(fā)育。

2.物聯(lián)網(wǎng)傳輸層。利用ZigBee網(wǎng)關(guān)采集大棚內(nèi)的數(shù)據(jù)，包括空氣及土壤溫濕度和對(duì)植被光照程度，以及利用攝像裝置收集圖像及視頻，將這些數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘?hào)發(fā)送給交換機(jī)，再以此將數(shù)據(jù)發(fā)送至局域網(wǎng)終端，實(shí)現(xiàn)信息匯總上傳。

3.物聯(lián)網(wǎng)智能處理層。將信息進(jìn)行匯總交互，獲取全方位的信息及數(shù)據(jù)，對(duì)所在環(huán)境的作物進(jìn)行管理指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)。通過(guò)對(duì)大棚內(nèi)作物的長(zhǎng)勢(shì)和病蟲害等相關(guān)圖像分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)作物的長(zhǎng)勢(shì)預(yù)測(cè)和病蟲害監(jiān)測(cè)和預(yù)警功能。

四、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/h2>

五、各子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(一)感知層。1.無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò):由部署在大棚內(nèi)的聲、光、溫濕度、圖像監(jiān)控節(jié)點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線通信方式形成一個(gè)自主多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；2.視頻監(jiān)控:將攝像頭檢測(cè)到的圖像信息使用WIFI進(jìn)行傳輸；3.設(shè)備供電:采用太陽(yáng)能設(shè)備為供電系統(tǒng)供電。

(二)傳輸層。1.網(wǎng)關(guān):采用3G無(wú)線設(shè)備，將輸出信號(hào)轉(zhuǎn)化為3G模式進(jìn)行傳輸；2.路由器、交換機(jī):3G無(wú)線路徑器、交換機(jī)，用于上傳至網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)；3.供電設(shè)備:采用中國(guó)民用交流標(biāo)準(zhǔn)電壓電源供電。

(三)網(wǎng)絡(luò)層。1.終端服務(wù)器：采用電腦作為服務(wù)器終端；2.云服務(wù)平臺(tái)：采用云服務(wù)器，處理和保存大量的信息；3.監(jiān)控中心：采用廣角全方位監(jiān)控來(lái)監(jiān)視室內(nèi)的數(shù)據(jù)；4.供電方式：采用中國(guó)民用交流標(biāo)準(zhǔn)電壓的直流電源供電。

(四)應(yīng)用層。1.電腦終端：采用臺(tái)式或便攜式計(jì)算機(jī)作為終端；2.手機(jī)終端：采用智能手機(jī)作為終端，對(duì)采集的信息進(jìn)行處理；3.供電方式：采用中國(guó)民用交流標(biāo)準(zhǔn)電壓的直流電源供電。

六、總結(jié)

本文通過(guò)對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀的分析，利用該技術(shù)，融合多傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大棚內(nèi)環(huán)境參數(shù)的數(shù)據(jù)采集。用戶可以通過(guò)手機(jī)，pad或者電腦來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，也可以根據(jù)需求安排，及時(shí)修改所需環(huán)境，實(shí)現(xiàn)通過(guò)上位機(jī)控制大棚內(nèi)參數(shù)的目的，以促進(jìn)作物更好的生長(zhǎng)。