基于物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)大棚關(guān)于信息感知系統(tǒng)設(shè)計實用

1、基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)大棚信息感知系統(tǒng)設(shè)計綱要：為提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化水平，經(jīng)過對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的研究，基于物聯(lián)網(wǎng)透徹感知、可靠傳輸和智能辦理作用的特點，研發(fā)設(shè)計了農(nóng)業(yè)大棚信息感知系統(tǒng)。整個系統(tǒng)由傳感器、現(xiàn)場控制節(jié)點、GPRS無線網(wǎng)絡(luò)和智能監(jiān)測管理系統(tǒng)組成。詳細描述了系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集模塊的軟件功能、服務(wù)器通信協(xié)議、數(shù)據(jù)辦理流程和Web智能監(jiān)控系統(tǒng)功能。該系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)園區(qū)的部署運行表示，系統(tǒng)性能牢固可靠，易于使用，擴展保護方便，擁有較高的實行應用價值。要點詞：物聯(lián)網(wǎng);傳感器;GPRS;Web中圖分類號：TP18文件表記碼：A文章編號：2095-1302（2015）09-00-020前言隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展和

2、不斷成熟，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來了新的發(fā)展模式和支撐技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)擁有全面感知，可靠傳達和智能辦理三大特點。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可利用其“感知，傳輸和控制”為農(nóng)業(yè)供應智能信息技術(shù)。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐和推動下，出現(xiàn)了智能農(nóng)業(yè)和精準農(nóng)業(yè)的看法。精準農(nóng)業(yè)經(jīng)過農(nóng)業(yè)地理信息系統(tǒng)（GIS）、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)（ES）、遙感監(jiān)測系統(tǒng)（RS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）等自動化控制系統(tǒng)的應用，精準調(diào)整土壤的施肥、濕度、用藥等，最大限度的降低農(nóng)業(yè)資源耗資，提高產(chǎn)量，降低環(huán)境污染，節(jié)約成本，達到環(huán)境、資源、經(jīng)濟協(xié)調(diào)可連續(xù)發(fā)展。農(nóng)業(yè)大棚是精準農(nóng)業(yè)中的核心要素，要實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精準和智能，必定解決大棚中環(huán)境監(jiān)測和控制的問題，傳統(tǒng)依靠

3、人力監(jiān)測和控制的方法存在費時費力，低效以及人對環(huán)境影響等問題。本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計成立了農(nóng)業(yè)大棚信息感知系統(tǒng)，并經(jīng)過在大棚內(nèi)部署各樣無線傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備，實時收集大棚內(nèi)的空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照、二氧化碳濃度等數(shù)據(jù)，再上報到網(wǎng)關(guān)節(jié)點，經(jīng)過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h程管理端，使管理者可以利用手機或遠程計算機實時監(jiān)測農(nóng)作物現(xiàn)場的環(huán)境狀態(tài)信息，并且可以依照監(jiān)測數(shù)據(jù)遠程開啟或關(guān)閉指定的調(diào)治設(shè)備（如遮陽簾、澆灌系統(tǒng)、風機、加熱器等），調(diào)治大棚中農(nóng)作物的生長條件，實現(xiàn)遠程智能化管理。信息感知系統(tǒng)的功能架構(gòu)農(nóng)業(yè)大棚信息感知系統(tǒng)整體分為三層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造。圖1所示為農(nóng)業(yè)大棚信息感知系統(tǒng)的架構(gòu)圖。圖中最基層是最末端，

4、也是無線傳感器節(jié)點，數(shù)據(jù)傳輸層采用CDMA/GPRS無線網(wǎng)絡(luò)，最上層的管理控制基于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。尾端的傳感器節(jié)點基于ZigBee無線通信協(xié)議組網(wǎng)。ZigBee是一種短距離無線通信協(xié)議，擁有功耗低，自組織網(wǎng)，部署靈便和低成本的特點，特別適用于農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)信息的收集。數(shù)據(jù)傳輸層由各網(wǎng)關(guān)節(jié)點（匯聚節(jié)點）和CDMA/GPRS無線網(wǎng)絡(luò)組成，負責傳感器節(jié)點收集信息的收集、儲藏和傳輸，同時負責上層指令的收發(fā)，遠程參數(shù)設(shè)置等功能。最上層的管理控制端成立在互聯(lián)網(wǎng)上，由數(shù)據(jù)服務(wù)器、Web管理控制應用服務(wù)和各個客戶端組成，服務(wù)器負責實時接收來自各網(wǎng)關(guān)節(jié)點的信息，完成數(shù)據(jù)的解析和儲藏。Web管理控制應用服務(wù)實現(xiàn)各傳感器節(jié)點數(shù)

5、據(jù)的解析、匯總、盤問、統(tǒng)計和圖表顯現(xiàn)以及遠程指令的下達。這樣，授權(quán)用戶無論在何時何地，只要登錄系統(tǒng)就可以實時查察各大棚的情況，并可以經(jīng)過Web的方式控制大棚中的滴灌、卷簾門、溫度、遮陽簾等設(shè)備，實時調(diào)整大棚中作物的生長環(huán)境。圖1農(nóng)業(yè)大棚信息感知系統(tǒng)架構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計2.1終端數(shù)據(jù)收集設(shè)計終端數(shù)據(jù)收集就是利用部署在農(nóng)業(yè)大棚中的各樣傳感器，周期性地收集土壤的溫濕度、大氣溫濕度、光照強度和二氧化碳濃度等數(shù)據(jù)，并將收集的數(shù)據(jù)經(jīng)過ZigBee協(xié)議或串行接口傳輸?shù)浆F(xiàn)場控制節(jié)點（網(wǎng)關(guān)節(jié)點），現(xiàn)場控制節(jié)點（網(wǎng)關(guān)節(jié)點）對數(shù)據(jù)辦理后經(jīng)過GPRS/CDMA等無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器。土壤溫濕度感知經(jīng)過土壤溫濕度傳感器完

6、成。本系統(tǒng)選用YSHT5-5型土壤溫濕度傳感器，濕度測量范圍為0100%RH，精度為1.8%RH，溫度測量范圍為-40+123.8，精度為0.3，功耗為80W。該傳感器適用于多各種類的栽種基質(zhì)?？諝鉁貪穸葌鞲衅鞑捎煤唵文陀玫腍MP60溫濕度傳感器，溫度精度0.6，濕度精度3%RH，工作環(huán)境溫度為-4060。二氧化碳濃度傳感器選擇BMG-CO2-NDIR防范型二氧化碳傳感器，檢測分辨率為10ppm，測量精度為5%，工作環(huán)境溫度為050，工作環(huán)境濕度為0100%RH，工作電壓為24VDC，該傳感器擁有較高的矯捷度，受溫度變化的影響較小。2.2服務(wù)器通信協(xié)講和軟件設(shè)計服務(wù)器（上位機）主要完成數(shù)據(jù)的接

7、收、儲藏和辦理的功能。使用C#Winsock完成網(wǎng)關(guān)節(jié)點傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的解析、處理、儲藏和解析。利用C#開發(fā)WinService異步數(shù)據(jù)辦理服務(wù)進度程序，數(shù)據(jù)庫采用SQLServer2008。服務(wù)進度安裝在服務(wù)器上并設(shè)置為開機啟動，服務(wù)進度連續(xù)監(jiān)聽特定端口。數(shù)據(jù)通信協(xié)議如圖2和表1所示。數(shù)據(jù)辦理流程是服務(wù)器連續(xù)監(jiān)聽設(shè)定的通信端口。若是網(wǎng)關(guān)節(jié)點有數(shù)據(jù)上報，則接收并解析上報數(shù)據(jù)，若是上報數(shù)據(jù)格式錯誤則扔掉，否則解析數(shù)據(jù)，并將解析后的數(shù)據(jù)依照數(shù)據(jù)種類儲藏到對應的數(shù)據(jù)表中。服務(wù)進度同時會周期性的從命令數(shù)據(jù)表中盤問下達到網(wǎng)關(guān)節(jié)點的命令，若是盤問到有新的命令，則依照通信協(xié)議，構(gòu)造下發(fā)命令的數(shù)據(jù)包，發(fā)送給網(wǎng)關(guān)節(jié)點，并等待命令執(zhí)行的返回結(jié)果。圖2數(shù)據(jù)包組成圖（1）網(wǎng)關(guān)節(jié)點上報數(shù)據(jù)示例CN=1210;M