徐全福，雷友建，李春江

（江門職業(yè)技術學院，廣東 江門 529090）

基于云平臺的人工智能農業(yè)控制系統(tǒng)是以人工智能和大數據為基礎的新一代農業(yè)現代化生產模式，人工智能技術在現代農業(yè)中的應用就是通過各類傳感器設備采集數據、無線網絡進行數據傳輸以及相互連通，再通過視頻識別、語音識別、進行環(huán)境參數的采集，最后通過控制終端進行自動控制，形成人工智能農業(yè)大棚種植自動控制系統(tǒng)。

1 市場調研

經過走訪珠三角一些農業(yè)大棚發(fā)現，目前我國的大棚種植還是以人工為主，科技應用不高，需要大量的人工，嚴重影響了大棚種植的高產高效和現代化農業(yè)的建設。經調研發(fā)現城市周邊郊區(qū)主要以大棚種植蔬菜類為主，因為蔬菜生產周期短，效益高，但人工成本是大棚蔬菜種植的主要壓力，面對蟲害、高溫等外圍環(huán)境農場主也是比較被動，無法做到實時管理，而農業(yè)種植自動控制管理系統(tǒng)正是針對農業(yè)種植過程中需要解決的問題而研發(fā)的，有助于解決勞動力不足的問題以及提高產能。

2 系統(tǒng)需求分析

通過用戶需求分析，農業(yè)大棚種植農業(yè)系統(tǒng)主要對環(huán)境中的土壤溫濕度、大氣溫濕度、二氧化碳和光照強度等數據進行實時采集，同時在農場建設照明、噴灑、抽風等農業(yè)控制基礎設施，若外界環(huán)境的變化超過預設的值，系統(tǒng)會自動進行啟動和停止相關控制，自我調節(jié)農場的環(huán)境參數，營造一個適合植物生長的環(huán)境，如打開抽風機通風、實施噴灑等自動控制，除了要采集環(huán)境數據外，想要更加精準地了解農場里的植物生長狀況，還需要增加視頻監(jiān)控功能，用于對農場里的植物進行生長監(jiān)控視頻錄制和進行圖像對比識別，通過視頻監(jiān)控和圖像識別來進行大數據分析統(tǒng)計，進而判斷農作物的蟲害情況，同時對農作物的生長進行預測與評估，基于云平臺的人工智能農業(yè)種植控制系統(tǒng)就是利用物聯(lián)網與大數據、互聯(lián)網融合的技術，及時地反饋信息，有助于更加精準地解決農業(yè)問題，極大地提高農業(yè)的經濟效益和生態(tài)效益。

3 系統(tǒng)架構總體分析

通過對基于云平臺的智慧大棚種植控制系統(tǒng)自動需求分析，大棚種植農業(yè)系統(tǒng)總體架構主要包括傳感器信號采集、無線通信、數據終端處理、云平臺服務器4個部分，該系統(tǒng)架構具體為傳感器數據采集、環(huán)境監(jiān)測、視頻控制、遠程控制、大數據預測分析，其信號傳輸主要是利用感知層的傳感器采集農業(yè)大棚環(huán)境數據，然后通過無線通信技術發(fā)送到云端服務平臺進行存儲，網絡層網關通過協(xié)議對傳輸的數據信息進行封裝或加密，并將封裝后的數據發(fā)給網絡的傳輸層，數據再通過傳輸層實現遠距離傳送，這樣用戶在應用層可以隨時通過手機終端、電腦等設備實時查看農業(yè)大棚里的的環(huán)境數據，還可以進行農作物的預測分析、遠程控制、預警設置等管理，圖1為系統(tǒng)架構網絡層結構，以及其數據傳輸流程。

圖1 人工智能大棚種植功能需求分析Fig.1 Analysis of planting function demand of artificial intelligence greenhouse

4 Zigbee無線傳感節(jié)點設計

Zigbee是隨著物聯(lián)網技術發(fā)展起來的一種新興數據傳輸技術，主要用在傳輸速率低、近距離傳輸范圍的各類電子設備之間。無線傳感節(jié)點是將單個傳感數據進行組網的節(jié)點，人工智能農業(yè)大棚控制系統(tǒng)各環(huán)境參數采集后通過無線傳輸技術進行傳輸和組網，采用Zigbee 來進行無線節(jié)點通信，Zigbee 網絡主要包括路由器、協(xié)調器、終端結點，在Zigbee 協(xié)調器開啟后，Zigbee無線節(jié)點會對網絡自動進行掃描，此時協(xié)調器會自動尋找沒有Zigbee 節(jié)點的信道，找到相對穩(wěn)定且沒有干擾的信道作為其組網的網絡信道，當其他節(jié)點傳感設備開啟后，節(jié)點此時會自動搜索并連接到對應的網絡，同時發(fā)出Beacon 信號產生自己的子節(jié)點，這樣一個Zigbee無線通信網絡就搭建起來了，所以只要組建的網絡各子節(jié)點之間能夠相互連接，協(xié)調器與節(jié)點之間就能實現數據傳輸。

系統(tǒng)傳感器數據采集流程：首先Zigbee 無線節(jié)點與傳感器連接，Zigbee 開啟組網建立后，Zigbee 無線節(jié)點首先會將傳感器模塊收集的空氣濕度、二氧化碳、土壤濕度、空氣溫度、光照、土壤溫度等環(huán)境數據實時傳送至系統(tǒng)Zigbee 協(xié)調器，由Zigbee 協(xié)調器經過網關統(tǒng)一進行轉發(fā)，經過移動通訊網絡，將信息數據發(fā)送至云平臺服務器，之后處理保存到云端數據庫，其工作流程如圖2所示。

5 系統(tǒng)的主要功能

5.1 實時監(jiān)測功能

人工智能農業(yè)大棚系統(tǒng)中安裝了各種環(huán)境傳感器，傳感器可以實時對種植環(huán)境的各項數據進行檢測和收集，如濕度、溫度、pH 值等，當傳感器將環(huán)境數據采集后，通過無線網組網，將環(huán)境中的各項信息數據發(fā)送到后端的服務管理云平臺，云平臺對傳輸過來的數據進行儲存，并在顯示終端進行顯示，用戶不僅可以實時查看環(huán)境數據，還可以利用大數據技術進行分析，預測植物生長情況或蟲害的發(fā)生。

圖2 Zigbee節(jié)點工作流程圖Fig.2 The ZigBee node work flow

5.2 云平臺遠程控制功能

首先農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)云平臺服務管理器對傳輸過來的環(huán)境數據進行準確分析之后，系統(tǒng)會對比數據進行植物生長分析并預測結果，如此系統(tǒng)就會了解到農業(yè)生產種植環(huán)境中的狀況，實現系統(tǒng)的自動控制，例如及時地保持生產區(qū)的通風、開啟灑水開關、增加光照等，同時用戶還可通過手機APP 或終端顯示屏隨時了解大棚中環(huán)境的大氣溫濕度、土壤濕度、光照強度、二氧化碳濃度等環(huán)境的變化，也可改成手動模式，對控制系統(tǒng)進行手動調節(jié)，同時系統(tǒng)還設置了多種蔬菜種植模式，農戶可以實現多種農作物種植，給大棚種植提供最適宜的環(huán)境生長參數。

6 總結

基于云平臺的人工智能農業(yè)控制系統(tǒng)的關鍵技術研究能克服環(huán)境對植物生長的限制，通過實時采集傳感器數據與傳統(tǒng)的種植形式相對比，實現系統(tǒng)自動調節(jié)，同時通過調節(jié)種植環(huán)境中的土壤濕度、空氣溫濕度、二氧化碳濃度、光照強度等參數指標，減少季節(jié)對農作物生長的限制，從而減少大棚種植中農作物對自然環(huán)境條件依賴，使農作物始終處于在最佳的生長環(huán)境中，大大降低種植成本，縮短種植時間，實現節(jié)能增收。