【摘要】智能農(nóng)業(yè)控制通過(guò)實(shí)時(shí)采集農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)溫度、濕度信號(hào)以及光照、土壤溫度、土壤水分等環(huán)境參數(shù)，自動(dòng)開(kāi)啟或者關(guān)閉指定設(shè)備;可以根據(jù)用戶(hù)需求，隨時(shí)進(jìn)行處理。本文提出了利用ZigBee技術(shù)進(jìn)行無(wú)線傳感的智能農(nóng)業(yè)大棚設(shè)計(jì)，為農(nóng)業(yè)生態(tài)信息自動(dòng)監(jiān)測(cè)、對(duì)設(shè)施進(jìn)行自動(dòng)控制和智能化管理提供科學(xué)依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】ZigBee;智能;農(nóng)業(yè)大棚;物聯(lián)網(wǎng)

一、概述

“物聯(lián)網(wǎng)”被稱(chēng)為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。業(yè)內(nèi)專(zhuān)家認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)一方面可以提高經(jīng)濟(jì)效益，大大節(jié)約成本;另一方面可以為全球經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇提供技術(shù)動(dòng)力。

智能控制是為了達(dá)到節(jié)能、舒適、便利的目的，要求對(duì)市政、家庭、農(nóng)業(yè)等的智能控制和監(jiān)視制定細(xì)致的策略和方案。但是，傳統(tǒng)的智能控制系統(tǒng)由于很多因素的制約，很難達(dá)到要求。為了解決這些問(wèn)題，業(yè)界嘗試了很多辦法，但基本上都屬于封閉式的，多采用私有協(xié)議，彼此間難以互通，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不透明，靈活性、擴(kuò)充性不佳。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，智能控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是走向開(kāi)放，尤其是智能控制與互聯(lián)網(wǎng)的融合是其中一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。

二、智能農(nóng)業(yè)大棚的應(yīng)用分析

通過(guò)對(duì)農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)的溫濕度信號(hào)、光照度以及土壤的水分等參數(shù)的采集，能夠根據(jù)用戶(hù)設(shè)定的參數(shù)，自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉設(shè)備，來(lái)達(dá)到大棚內(nèi)的參數(shù)平衡。這樣，可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)信息的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，對(duì)大棚內(nèi)設(shè)施進(jìn)行自動(dòng)控制和智能化管理。

大棚監(jiān)控及智能控制解決方案是通過(guò)光照、溫度、濕度等無(wú)線傳感器，對(duì)農(nóng)作物溫室內(nèi)的溫度，濕度信號(hào)以及光照、土壤溫度、土壤含水量、CO濃度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，自動(dòng)開(kāi)啟或者關(guān)閉指定設(shè)備（如遠(yuǎn)程控制澆灌、開(kāi)關(guān)卷簾等）。在每個(gè)智能農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)部署空氣溫濕度傳感器2只，用來(lái)監(jiān)測(cè)大棚內(nèi)空氣溫度、空氣濕度參數(shù);每個(gè)農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)部署土壤溫度傳感器2只、土壤濕度傳感器2只、光照度傳感器2只，用來(lái)監(jiān)測(cè)大棚內(nèi)土壤溫度、土壤水分、光照度等參數(shù)。所有傳感器一律采用直流24V電源供電，大棚內(nèi)僅需提供交流220V市電即可。""" 每個(gè)農(nóng)業(yè)大棚園區(qū)部署1套采集傳輸設(shè)備（包含中心節(jié)點(diǎn)、無(wú)線3G路由器、無(wú)線3G網(wǎng)卡等），用來(lái)傳輸各農(nóng)業(yè)大棚的傳感器數(shù)據(jù)、設(shè)備控制指令數(shù)據(jù)等到internet上與平臺(tái)服務(wù)器交互。""" 在每個(gè)需要智能控制功能的大棚內(nèi)安裝智能控制設(shè)備1套（包含一體化控制器、擴(kuò)展控制配電箱、電磁閥、電源轉(zhuǎn)換適配設(shè)備等），用來(lái)傳遞控制指令、響應(yīng)控制執(zhí)行設(shè)備。實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚內(nèi)的電動(dòng)卷簾、智能?chē)娝?、智能通風(fēng)等行為的實(shí)現(xiàn)。

三、系統(tǒng)架構(gòu)研究

1、總體架構(gòu)

系統(tǒng)的總體架構(gòu)分為傳感信息采集、視頻監(jiān)控、智能分析和遠(yuǎn)程控制四部分。

2、傳感信息采集分析：

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)溫室內(nèi)部光照、溫度、濕度和土壤含水量以及視頻等數(shù)據(jù)的采集和控制。數(shù)據(jù)傳感器的上傳采用ZigBee無(wú)線傳感模式。" ""傳感器的數(shù)據(jù)上具有Zigbee模式和RS485模式兩種，RS485模式中數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)有線的方式傳送，涉及大量的通訊布線。而在Zigbee傳輸模式中，傳感器數(shù)據(jù)通過(guò)Zigbee發(fā)送模塊傳送到Zigbee中心節(jié)點(diǎn)上，用戶(hù)終端和一體化控制器間傳送的控制指令也通過(guò)Zigbee發(fā)送模塊傳送到中心節(jié)點(diǎn)上，省去了通訊線纜的部署工作。中心節(jié)點(diǎn)再經(jīng)過(guò)邊緣網(wǎng)關(guān)將傳感器數(shù)據(jù)、控制指令發(fā)送到上位機(jī)的業(yè)務(wù)平臺(tái)。用戶(hù)可以通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)/無(wú)線網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)上位機(jī)系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大棚現(xiàn)場(chǎng)的傳感器參數(shù)，控制大棚現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)設(shè)備。Zigbee模式具有部署靈活、擴(kuò)展方便等優(yōu)點(diǎn)。所以，在這里我們采用的是Zigbee模式。

3、控制系統(tǒng)分析：

控制系統(tǒng)主要由一體化控制器、執(zhí)行設(shè)備和相關(guān)線路組成，通過(guò)一體化控制器可以自由控制各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)執(zhí)行設(shè)備，包括噴水系統(tǒng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)等，噴水系統(tǒng)可支持噴淋、滴灌等多種設(shè)備，空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)可支持卷簾、風(fēng)機(jī)等設(shè)備。""" 采集傳輸部分主要將設(shè)備采集到的數(shù)值傳送到服務(wù)器上，現(xiàn)有大棚設(shè)備支持3G、有線等多種數(shù)據(jù)傳輸方式，在傳輸協(xié)議上支持IPv4現(xiàn)網(wǎng)協(xié)議及下一代互聯(lián)網(wǎng)IPv6協(xié)議。""" 業(yè)務(wù)平臺(tái)負(fù)責(zé)對(duì)用戶(hù)提供智能大棚的所有功能展示，主要功能包括環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)空間/時(shí)間分布、歷史數(shù)據(jù)、超閾值告警和遠(yuǎn)程控制五個(gè)方面。用戶(hù)還可以根據(jù)需要添加視頻設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控功能。數(shù)據(jù)空間/時(shí)間分布將系統(tǒng)采集到的數(shù)值通過(guò)直觀的形式向用戶(hù)展示時(shí)間分布狀況（折線圖）和空間分布狀況（場(chǎng)圖）、歷史數(shù)據(jù)可以向用戶(hù)提供歷史一段時(shí)間的數(shù)值展示;超閾值告警則允許用戶(hù)制定自定義的數(shù)據(jù)范圍，并將超出范圍的情況反映給用戶(hù)。

四、智能農(nóng)業(yè)大棚主要功能

1、數(shù)據(jù)采集

能夠?qū)χ悄苻r(nóng)業(yè)大棚內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)線采集，可以采集內(nèi)部的溫濕度、光照、以及土壤的水分等參數(shù)。

2、視頻監(jiān)控

用戶(hù)能夠?qū)崟r(shí)地通過(guò)電腦或手機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，觀察大棚內(nèi)作物生長(zhǎng)狀況。

3、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

系統(tǒng)能夠?qū)v史數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，以便日后對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，方便日后查詢(xún)。

4、數(shù)據(jù)分析

系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線圖或柱狀圖分析，生成報(bào)表，根據(jù)分析后的數(shù)據(jù)，可以由此判斷出在什么條件下更適宜農(nóng)作物的生長(zhǎng)，為以后種植的提供依據(jù)。

5、遠(yuǎn)程控制

只要能夠聯(lián)網(wǎng)，在任何時(shí)刻都可以對(duì)大棚內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，以調(diào)節(jié)內(nèi)部的參數(shù)。

6、超限報(bào)警

用戶(hù)可以自行設(shè)置超限值，當(dāng)參數(shù)越過(guò)超限值時(shí)，可以通過(guò)監(jiān)控器或手機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警，以便及時(shí)提醒用戶(hù)。

五、結(jié)束語(yǔ)

隨著物聯(lián)網(wǎng)的普及，智能農(nóng)業(yè)大棚將會(huì)在以后扮演越來(lái)越重要的角色。對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起著非常重要的作用，同時(shí)也會(huì)推動(dòng)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展。

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? r hLS ?

2012

58.9673

171.9818

48.6455

2013

61.1381

179.3953

51.3626

數(shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)家統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站

二是受社會(huì)價(jià)值多元化的影響。當(dāng)今社會(huì)，由于市場(chǎng)主體 -US j ? e ' ?_T ?？U ：9.0pt;font-family：方正書(shū)宋簡(jiǎn)體;mso-bidi-font-family：宋體; color：black'gt;

最后，希望在本文的幫助下，新手設(shè)計(jì)師可以在Solidworks 2013軟件平臺(tái)下逐漸進(jìn)入角色，越來(lái)越順利。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃成.Solidworks2010中文版完全自學(xué)一本通[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.