基于物聯網的農田環境信息采集系統與預警系統

摘要：21世紀是信息化的時代，在這一時代科學技術得以飛速發展，因此科學技術被應用到各個行業的發展當中，進而加快了我國社會主義現代化的發展步伐。因此，為了提高農民自主抗風險能力，我們可以將信息技術當中的信息采集系統與預警系統應用到農田發展建設當中，以此來促進農產品的生長以及培育工作，其次還可以實現農田的自動化灌溉技術，進而規避農業生產中的風險，在一定程度上降低我國農業生產的損失，從而提高農業生產質量，以此來加快我國農業建設的發展，因此對其進行研究，具有非常重要的現實意義。

關鍵詞：物聯網? 農田環境? 信息采集控制? 預警系統

引言

將物聯網技術運用在農業發展的過程當中，可以利用其信息感知設備對農作物的生長狀況進行實時的反饋，從而實現農作物和互聯網之間的信息交換、信息傳輸以及信息處理的工作，以此來對農作物的生長狀況進行全程的跟蹤與管理，進而實現農業管理的一體化發展。

一、農田環境信息采集控制與預警系統設計

在農田環境中我們需要以物聯網為基礎，從而設計出一套農田環境信息采集控制與預警系統。其系統的工作原理是需要將傳感器放在不同的區域當中，以此來對不同區域的水分、光照以及溫度、濕度等進行監測與管理，以此來調整出適合農作物生長的環境，進而提升農作物的抗災能力以及保證農作物的生產量。

（一）系統硬件設計

農田環境信息采集控制與預警的硬件系統包括網絡模塊、控制采集模塊以及電源這三部分。其中農田環境信息包含環境濕度信息、風速信息、土壤水分信息、光照度信息等多種信息構成，其中這些信息所對應的模塊分別為數字溫濕度傳感器模塊、數字風速風傳感器模塊、數字土壤濕度傳感器模塊、光強度檢測模塊。此外、本文主要選用Arduino信號開放板以此來對整個系統進行控制，因其開放板要更加的節能降耗，因此可以充分的解決農田種植過程當中的供電困難問題。其次，該開放板在正常插接的情況下，功能十分強大，除此之外其運行電源強大可以有效的解決系統中傳感器的供電問題，進而有效的節約了其設備運行成本。

其次農田環境信息采集控制與預警的網絡模塊是由由 Arduino Ethernet W5100 和 TP-LINKTL-WR720N、EC122組成的。對網絡模塊進行安裝需要以下兩個步驟：首先，需要將路由器格式化，然后再開啟路由器當中DHCP的服務模式，其次，還需要在路由器程序當中設置IP地址，以此來保證其軟件能夠正常運行。第二，我們需要在Arduino上安裝W2100軟件，并對其軟件進行初始化操作，其次還需要將該地區的物理地質數據設置在其軟件之上，當其程序運行時，通過控制Yeelink平臺來接收環境信息。其次，農田環境信息采集控制與預警的硬件系統的控制核心是ArduinoUNO R3程序，該程序主要采用的是AT-mega328微處理器。通過該處理器能夠對所有的監控數據進行動態化處理，并且還可以將監控到的信息及時傳遞給農業管理人員。除此之外，電源的組成主要有兩部分別為：9伏干電池以及移動電源。其中，9伏干電池主要用來為網絡模塊、開發板以及傳感器供電;移動電源用來為路由器提供電力。

（二）關于系統軟件設計

根據相關研究表明，其上位機軟件主要運用Lab view軟件程序和Yeelink平臺來在串口上傳數據以及網絡發布工作，其次，系統下機軟件是由數據傳送子程序、信號采集子程序、主程序、初始化程序組成的。

二、農田環境信息采集控制與預警系統的功能

我們需要將其系統中的傳感器節點設置在檢測區域之內，以此來形成物聯網的基本單元，保證傳感器各個節點之間能夠相互交流、通信以，此來將相鄰的兩個節點形成簇，簇首節點通常是來對傳感節點所收集的信息進行處理融合，然后對其進行壓縮，以此來將壓縮好的數據傳送到各個匯聚節點。由此可以看出匯聚節點主要功能是承擔任務管理和傳感器之間通訊和交流。除此之外，WSN數據與質量管理的中心便是任務管理節點，農業管理人員主要依靠傳感器網絡和任務節點配置以此來對農作物種植環境進行信息檢測和收集工作。其次，為了對各個傳感器節點位置進行監測，我們可以通過節點的自身定位算法或者是GPS定位技術以此來獲取其位置，根據任務管理節點所發出的信息收集質量，并將采集的信息指令傳送給各個簇首節點，由簇首節點對信息進行處理，以此來將信息傳遞給不同的匯聚節點。此后，匯聚節點會對信息進行接受處理工作，從而再利用通信衛星或者是互聯網絡將信息傳遞給相應的管理節點。

三、農田環境信息采集控制與預警系統工作流程

首先，農業管理人員需要運用任務管理節點以此來對互聯網系統發布環境信息查詢指令，然后運用互聯網信息將所下達的指令傳遞到各個匯聚節點上。第二，當匯聚節點收集到所下發指令時，會對其對應的簇首下發命令，當簇首接到命令之后，會激活簇內節點從而對農業管理人員所下達的命令進行信息收集。當節點將信息收集好之后，會對所收集的信息進行篩選以及整理工作，然后節點會將整理好的信息傳遞給簇首節點，由簇首節點對該信息進行融合以及壓縮，并最后將數據傳遞給匯聚節點。

第三，匯聚節點會對簇首節點所傳來的數據進行再次的分析和整理，從而由外部網絡將信息發送給任務節點，并由此來將最終的信息反饋到農業管理人員那里。

四、農田環境信息采集控制與預警系統節點定位控制

對于系統中的節點的定位與控制工作是農田環境信息采集控制與預警系統的重要環節。一旦節點設置錯誤，就會導致信息收集預警工作無法正常進行，從而導致整個物聯網系統癱瘓，進而無法發揮其在農田種植當中的重要作用。因此，為了避免這種狀況的發生，我們在對互聯網節點進行定位時可以采用節點的自身定位算法或者GPS定位技術，以此來獲取節點的正確位置，進而確保節點位置的準確性。其中節點的自身算法指的是利用距離估算法，以此來對傳感網絡中的每一個新表節點復雜的信息進行估算，以此來獲取位置節點的正確方位。GPS定位技術獲取節點技術，這種技術具有非常好的抗干擾能力并且其準確率要比節點的自身算法準確率高，但是由于其運行成本較高，并且對節的要求非常嚴格，因此這種技術只適用于大型、高成本的自動化傳感器網絡系統當中。

五、結論

綜上所述，將物聯網技術運用在農田環境當中，可以實現農田環境管理與檢測的智能化、一體化、信息化與自動化，以此來實現農田環境信息采集控制系統與預警系統的應用和管理，運用此系統可以有效的提高農作物的抗災能力，進而保證農作物的產量，本文通過對農田系統設計、系統功能以及系統工作流程等對其進行詳細的分析，以此來保證其系統運行時的高效性和準確性。

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作者簡介

杜朝，1977年9月，漢族，男，山西運城人，本科學歷，碩士學位，單位：山西運城農業職業技術學院，職稱：講師，研究方向：物聯網、嵌入式系統應用。