基于lOT 架構的智慧云農業

葉佳男 白 娜 陳鑫博 韓 琪 趙雪崧 李金發 張青華

（哈爾濱石油學院，黑龍江 哈爾濱150027）

1 研究的意義

創新技術的不斷涌現，從根本上改變了傳統農業的發展模式，通過應用物聯網技術、人工智能技術以及大數據技術等使我國農業從原來看天吃飯的傳統農業模式轉變為高產、高效、低耗、優質、生態和安全的智慧農業模式，隨著物聯網技術的不斷發展，數據存儲，全面感知，數據上云等方式使得智慧農業的傳輸網絡進一步擴大，更進一步的進階為“互聯網+”智慧農業模式。

2 功能設計

本項目依據物聯網架構，本項目工作主要分為感知層、網絡層和應用層。

在感知層中，光照傳感器、空氣溫濕度傳感器、土壤溫濕度傳感器、pH 值監測傳感器會實時監測環境各參數數據，通過利用NB-IOT 模塊采用4G 通信方式實時將傳感器采集到的數據傳送至網絡層的服務器接收端。

網絡層服務器會根據接收到的數據與數據庫中儲存的數據進行多次比對做出更準確的判斷，也可以長期儲存感知層傳送的數據，為以后的數據分析提供依據。

應用層中用戶可以通過微信用戶端、PC 端查看植物所屬環境的各項參數，用戶也可以根據所查看到的數據做出判斷后對環境中制動設備換氣設備裝置、灌溉裝置等進行控制。本項目具體的工作流程圖如圖1 所示。

3 系統實現

3.1 感知層設計

數據采集部分采用485 型的溫濕度變送器、二氧化碳變送器、光照度變送器、土壤溫濕度水分傳感器、空氣質量（轉下頁）送變器完成相關數據采集。傳感器主要通過485 通信利用NB-IOT 模塊將采集到的農作物信息傳送至服務器端口，用戶主要通過4G 通信將服務器中的數據傳送至手機微信端后查看農作物生長環境信息。

圖1 系統工作流程圖

3.2 網絡層設計

3.2.1 云端與底層數據通信設計

鑒于NB-IOT 的優良特性，我們的底層數據通信采用的NB-IOT 承載底層數據的通信功能。在底層我們通過485 底層傳感器對數據進行一個采集，然后利用NB-IOT 模塊接入附近的網絡基站，將底層數據入網發送給我們的云端。

3.2.2 云端與用戶微信數據交互

在我們的云端后臺有我們自主設計的第三方程序，這可以讓云端時刻監控我們手機微信程序的信息交互。當識別到手機微信端發送出的指令時，云端可以對該指令進行判斷，然后按指令內容執行相應的操作，從而達到云端與用戶的數據交互。

3.2.3 云端獲取作物養植數據

我們在云端中加入自動網絡爬取百度百科程序，通過云端識別的微信用戶指令內容，將用戶想要獲取的農作物名稱截取出來，通過網絡爬取去獲得其在百度百科中的各種農作物生長所需的數據，并且將這些重要數據結果反饋給我們的用戶微信端，同時這些數據也將保存在我們的云端數據庫中，以便于以后植物生長時云端去判定當前環境是否為農作物的最適合生長環境。

3.3 應用層設計

在項目設計之初，以給用戶最簡便的操作為宗旨。用戶在使用我們的智慧云農業時，只需要添加我們的微信官方指定賬號即可。免去傳統的各種下載綁定問題，一切的操作在智慧云農業的官方微信聊天框內便可全部實現。不同的功能實現只需要在內容前加入相對應的功能前標。

3.4 控制層設計（供水水泵控制與通風系統控制）

該微型電動隔膜水泵泛應用于各種農田，該防水排風風扇廣泛應用于各種環境通風使用,本項目中主要由服務器通過4G通信傳送數據至NB-IOT ，由NB-IOT 發送信號直接控制24V繼電器，從而控制水泵和風扇的狀態。

4 用戶交互設計

用戶界面采用微信終端，用戶無需安裝任何軟件。用戶只需像日常登錄微信，添加我們的智慧云農業賬戶好友后，即可訪問用戶界面。該第三方操作程序支持現在所有的移動平臺系統，如安卓系統和蘋果的IOS 系統。

4.1 天氣查詢功能

在微信聊天框內只需向我們智慧農業賬號發送指令1.XXX（XXX 為地區名稱）。例如1.哈爾濱，則可以出現未來七天內哈爾濱地區內的天氣情況。并且后臺程序還會對這些天氣情況做一個判斷，進而做出一些相對應的改變。

4.2 農作物當前生長環境的參數查詢

農作物環境狀態：輸入2.溫濕度顯示農作物現在環境的空氣溫度信息和土壤濕度狀態信息。

4.3 網絡搜集農作物生長過程中所需的環境參數

在微信窗口處，輸入3.查詢XXX(XXX為農作物的名稱)。并且該網絡自動搜集后，獲取的信息內容，程序還能自動截取其中的溫濕度參數數據，傳輸到后臺控制程序中，做一個植物生長的最適環境調控的參數值。

4.4 微信控制大棚內通風與農田灌溉系統

發送指令，4.開啟/關閉通風。控制終端檢測到信號指令后選擇對大棚內的風扇進行開啟和關閉。

發送指令，5.開啟/關閉灌溉。控制終端檢測到信號指令后選擇對大棚內的灌溉進行開啟和關閉。

5 未來智能農業控制系統

物聯網智慧農業平臺系統是由前端數據采集系統、無線傳輸系統、遠程監控系統、數據處理系統和“專家”系統組成。以農業全產業、全過程智能化的泛在化為特征，以全面感知、可靠傳輸和智能處理等物聯網技術為支撐和手段，以自動化生產、最優化控制、智能化管理、系統化物流和電子化交易為主要生產方式的高產、高效、低耗、優質、生態和安全的一種現代農業發展模式與形態。智慧農業所具備的功能有無線采集、無線控制、遠程監控、自動灌溉、自動施肥、自動噴藥等。