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        基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)及畜牧業(yè)系統(tǒng)設(shè)計

        2019-09-10 15:45:25梁楚軼張義名揚黃樹琳

        梁楚軼 張義 名揚 黃樹琳

        摘 要:中國自古以來就是農(nóng)業(yè)大國,而傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)僅憑經(jīng)驗施肥灌溉,不但會浪費大量的人力物力,也對環(huán)境造成了一定的污染,不利于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。在南方,畜牧業(yè)比較少見,而漁業(yè)卻很常見。桑基魚塘是近代漁業(yè)一種新型養(yǎng)殖方式,其依賴于人力,需要頻繁地打理、照料。所以,如何順應(yīng)新時期和諧社會對農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)(漁業(yè))生產(chǎn)的要求,利用現(xiàn)有的技術(shù)和平臺來設(shè)計一個滿足要求的新系統(tǒng),成為一個越來越迫切的課題。

        關(guān)鍵詞:智慧農(nóng)業(yè)與畜牧業(yè);ZigBee通信;WiFi技術(shù);MQTT協(xié)議

        引言

        智慧農(nóng)業(yè)與畜牧業(yè)最終是希望能夠為一線的農(nóng)戶一個簡單、直觀、高效的監(jiān)測和管理系統(tǒng),系統(tǒng)核心目標在于對農(nóng)作物與畜牧業(yè)生長密切相關(guān)的環(huán)境參數(shù)進行實時監(jiān)測,當終端設(shè)備監(jiān)測到種植地與魚塘的環(huán)境參數(shù)偏離了農(nóng)作物與魚類的最佳生長要素時,可以通過終端設(shè)備可下達控制命令,自動打開或關(guān)閉相應(yīng)的環(huán)境調(diào)節(jié),從而使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境參數(shù)恢復(fù)正常,達到增加農(nóng)作物產(chǎn)量和提高經(jīng)濟效益的目的,從而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息化。

        1 智慧農(nóng)業(yè)終端的設(shè)計與實現(xiàn)

        基于模塊化的設(shè)計思想,智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控終端的設(shè)計分為五個部分,第一模塊是主控CPU部分,使用Arduino UNO單片機作為監(jiān)測終端的處理器;第二部分是數(shù)據(jù)采集部分,使用溫濕度、光照度、水蒸氣、土壤濕度和酸堿度等傳感器來采集農(nóng)業(yè)環(huán)境中的數(shù)據(jù);第三部分是數(shù)據(jù)傳輸部分,使用Zigbee模塊作為數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收通道;第四部分是動作執(zhí)行部分,負責(zé)執(zhí)行管理者的調(diào)節(jié)指令。第五部分是上位機部分,負責(zé)對主控cpu采集到的數(shù)據(jù)進行處理并顯示在移動端。

        2 畜牧業(yè)控制終端的設(shè)計與實現(xiàn)

        畜牧業(yè)監(jiān)控終端的設(shè)計分為五個部分,第一模塊是主控CPU部分,使用Arduino UNO單片機作為監(jiān)測終端的處理器;第二部分是數(shù)據(jù)采集部分,使用水溫、渾濁度、水位、和酸堿度等傳感器來采集魚塘環(huán)境中的數(shù)據(jù);第三部分是數(shù)據(jù)傳輸部分,使用Zigbee模塊作為數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收通道;第四部分是動作執(zhí)行部分,負責(zé)執(zhí)行管理者的調(diào)節(jié)指令。第五部分是上位機部分,負責(zé)對主控cpu采集到的數(shù)據(jù)進行處理并顯示在移動端。

        3 智慧農(nóng)業(yè)與畜牧業(yè)終端的特點與創(chuàng)新

        實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中,農(nóng)戶會根據(jù)土壤的不同情況,種植不同類型的作物:如含水量、酸堿度、肥度來制定種植計劃。因此,只制定一塊土地的監(jiān)測系統(tǒng)意義不大。農(nóng)業(yè)設(shè)計運用主,從機的結(jié)構(gòu),可達到同時監(jiān)測多塊土地環(huán)境變化的目的。

        實際魚塘養(yǎng)殖環(huán)境中,漁戶除了喂食之外,還需要對水質(zhì)(如酸堿度、渾濁度、水溫等)進行監(jiān)視,否則水質(zhì)會產(chǎn)生惡化,影響魚類的生產(chǎn)。因此,本設(shè)計運用高精度的傳感器與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),對魚塘養(yǎng)殖環(huán)境進行直觀的展示。

        物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新點如下:

        (一)ZigBee無線技術(shù)

        ZigBee是一種功耗低,傳輸距離短的無線通信技術(shù),主要用于自動控制和遠程控制領(lǐng)域,可以嵌入各種設(shè)備。它可實現(xiàn)自組網(wǎng)和透明傳輸?shù)裙δ?。本設(shè)計中使用ZigBee技術(shù)實現(xiàn)下位機與上位機之間的通信以及上位機對下位機的控制。管理員可通過上位機實現(xiàn)對用電設(shè)備的各種控制,也可通過上位機查看監(jiān)測設(shè)備的工作情況。本設(shè)計把zigbee運用在主機和子機的通訊上,用于傳輸多塊土地的環(huán)境參數(shù)

        (二)WiFi技術(shù)

        經(jīng)過多年發(fā)展,人們對WiFi的應(yīng)用已經(jīng)得到極大的發(fā)展。相比較傳統(tǒng)的物理連接布線而言,WiFi的使用非常方便、簡單,非常適合移動辦公的需要,同時它具備比藍牙更高的傳輸速率,更遠的傳送距離。本設(shè)計把WiFi運用在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中,負責(zé)把數(shù)據(jù)傳到服務(wù)器。

        (三)MQTT協(xié)議

        MQTT(消息隊列遙測傳輸)是IBM開發(fā)的一個即時通訊協(xié)議,有可能成為物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。該協(xié)議支持所有平臺,幾乎可以把所有聯(lián)網(wǎng)物品和外部連接起來,被用來當做傳感器和致動器的通信協(xié)議。本設(shè)計采用MQTT協(xié)議來接收下位機發(fā)送的信息。

        (四)Android手機客戶端

        主要實現(xiàn)在移動端的數(shù)據(jù)顯示與指令操作,在移動端進入智慧農(nóng)業(yè)與畜牧業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)界面可以形象的一覽大棚與魚塘的多種環(huán)境參數(shù),可以很好地顯示農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)的空氣溫濕度、土壤濕度、棚內(nèi)是否發(fā)生火情,土壤的PH值,棚內(nèi)的光照強度;以及魚塘中的水溫信息、水質(zhì)的PH值、渾濁度,水位等情況。

        4 總結(jié)

        本系統(tǒng)采用ZigBee技術(shù)、串口WI-FI,云服務(wù)器相關(guān)技術(shù),只需合理布置的監(jiān)控采集傳感器的節(jié)點,就可以實時了解到整個水產(chǎn)養(yǎng)殖場和大棚的狀況,同時作出合理的控制。利用ZigBee技術(shù)實現(xiàn)自動組網(wǎng)化,將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過串口WI-FI發(fā)送至云服務(wù)器進行相應(yīng)的處理。可以進行設(shè)置參數(shù)極限值,當設(shè)置的參數(shù)達到極限值時,系統(tǒng)自動執(zhí)行對相應(yīng)參數(shù)的增減措施,畜牧業(yè)系統(tǒng)也可以定時增氧和投食,保證水下生物的生活環(huán)境;農(nóng)業(yè)系統(tǒng)可以定時澆水、施肥,保證大棚內(nèi)的環(huán)境因素保持穩(wěn)定。通過電腦系統(tǒng)或者其他的平臺,只要平臺上裝有瀏覽器軟件,就可以隨時隨地的通過網(wǎng)頁登錄到應(yīng)用控制中心進行監(jiān)測和控制,實現(xiàn)系統(tǒng)的跨平臺操作無差異。

        參考文獻

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