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        基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2013-12-31 00:00:00段益群劉國(guó)彥
        軟件工程 2013年12期

        摘 要:物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景。本文提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,并介紹了其主要功能特點(diǎn)及應(yīng)用價(jià)值?;谖锫?lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)將互聯(lián)網(wǎng)從桌面延伸到田野,讓溫室實(shí)時(shí)在線,從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)大棚與數(shù)據(jù)世界的完美融合,必將引領(lǐng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。

        關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng);智慧農(nóng)業(yè);系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        中圖分類號(hào):TP391.44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

        隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷提高和土地集中化耕種的推行,越來(lái)越多的農(nóng)產(chǎn)品在大棚中培育,傳統(tǒng)的人工控制模式已不能滿足現(xiàn)代精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的要求[1]。

        物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用是當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的新潮流[2],引領(lǐng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展,它既能提高農(nóng)業(yè)精細(xì)化水平,又能節(jié)約資源、增產(chǎn)增效,確保農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全。

        1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        1.1 系統(tǒng)目標(biāo)

        基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)采集室內(nèi)溫度和土壤溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照等環(huán)境參數(shù),經(jīng)由無(wú)線信號(hào)收發(fā)模塊傳輸數(shù)據(jù),根據(jù)用戶需求,實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚的遠(yuǎn)程智能控制[3]。

        該系統(tǒng)還可推廣到園林園藝、畜牧養(yǎng)殖等相關(guān)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,為實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)控制、智能管理,對(duì)農(nóng)業(yè)綜合生態(tài)信息自動(dòng)監(jiān)測(cè)提供科學(xué)依據(jù)[4]。

        1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

        系統(tǒng)通過(guò)環(huán)境參數(shù)傳感器和高清視頻攝像頭等組建了一個(gè)可以遠(yuǎn)程感知的數(shù)字大棚,采集的數(shù)據(jù)通過(guò)3G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娇刂浦行倪M(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)分析,實(shí)現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)大棚一體化解決方案。

        系統(tǒng)的總體架構(gòu)分為傳感信息采集、無(wú)線傳輸、遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)分析處理四部分[5]。

        圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

        傳感信息采集系統(tǒng):主要負(fù)責(zé)大棚內(nèi)環(huán)境參數(shù)的采集與控制;采用高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī),實(shí)時(shí)拍攝大棚內(nèi)視頻信息。

        無(wú)線傳輸系統(tǒng):將采集的環(huán)境參數(shù)和視頻信息,通過(guò)3G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳送到控制中心。

        遠(yuǎn)程控制系統(tǒng):通過(guò)控制設(shè)備和繼電器電路可以自由操控各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備。

        數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng):用戶可隨時(shí)隨地通過(guò)電腦或移動(dòng)終端進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢與分析,為用戶提供決策依據(jù)。

        圖2 系統(tǒng)組成圖

        2 系統(tǒng)功能特點(diǎn)

        基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng),內(nèi)置先進(jìn)的無(wú)線感應(yīng)器,不用布線,可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫室大棚中的溫、濕度等信息,通過(guò)無(wú)線ZigBee技術(shù),與相關(guān)設(shè)備連接,當(dāng)室內(nèi)溫、濕度、光照等信息超過(guò)或低于系統(tǒng)設(shè)定范圍時(shí),可自動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉相關(guān)設(shè)備進(jìn)行調(diào)控,營(yíng)造作物適宜生長(zhǎng)環(huán)境。

        圖3 系統(tǒng)管理示意圖

        主要系統(tǒng)功能特點(diǎn)如下:

        (1)系統(tǒng)可實(shí)時(shí)、連續(xù)的采集各項(xiàng)環(huán)境參數(shù),以數(shù)字、圖形、圖像等多種方式進(jìn)行記錄和顯示。

        (2)系統(tǒng)可對(duì)傳感器采集的溫濕度、光照等數(shù)據(jù)在后臺(tái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)處理,與設(shè)定閾值比對(duì),并根據(jù)結(jié)果自動(dòng)調(diào)節(jié)大棚內(nèi)溫濕度、光照控制設(shè)備,實(shí)現(xiàn)大棚的全自動(dòng)化管理。

        (3)系統(tǒng)可設(shè)定各監(jiān)控點(diǎn)的報(bào)警閥值,當(dāng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時(shí)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

        (4)無(wú)線網(wǎng)關(guān)設(shè)備具備豐富的硬件接口,可以提供有線、無(wú)線等多種方式的通訊手段。

        3 結(jié)語(yǔ)

        相關(guān)資料表明,在智慧農(nóng)業(yè)大棚中,每平方米一季可產(chǎn)番茄30kg-50kg,黃瓜40kg,相當(dāng)于露地栽培產(chǎn)量10倍以上,其他各類作物在這種環(huán)境下的產(chǎn)量也將得到明顯的提升。另外,由于溫、光、水、肥、氣等諸多因素綜合直接協(xié)調(diào)到最佳狀態(tài),據(jù)計(jì)算,可有效節(jié)水、節(jié)肥和節(jié)藥,使整體能耗降低15%—50%。

        基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)將互聯(lián)網(wǎng)從桌面延伸到田野,讓溫室實(shí)時(shí)在線,從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)大棚與數(shù)據(jù)世界的完美融合。

        圖4 產(chǎn)量比較圖

        圖5 能耗比較圖

        參考文獻(xiàn)

        [1] 施連敏,陳志峰,蓋之華.物聯(lián)網(wǎng)在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[J].農(nóng)機(jī)

        化研究,2013(06):250-253.

        [2] 劉琪.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)的展望[J].科技風(fēng),

        2013(04):225.

        [3] 劉明.國(guó)內(nèi)外溫室產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科

        學(xué),2008,21(2):26-28.

        [4] 盧闖,等.物聯(lián)網(wǎng)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息,

        2011(09):10-13.

        [5] 郭陽(yáng)雪,等.農(nóng)業(yè)大棚溫度遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].安徽農(nóng)

        業(yè)科學(xué),2013(03):1308-1310.

        作者簡(jiǎn)介:

        段益群(1962-),女,學(xué)士,副教授.研究領(lǐng)域:軟件工程.

        劉國(guó)彥(1978-),男,碩士,講師.研究領(lǐng)域:軟件工程.

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