基于物聯網的農業信息監控系統

項目背景：我國是一個農業大國，但農業生產機械化、自動化、智能化程度低，絕大多數還是依靠體感和經驗獲得農田信息，依靠體力和傳統工具及少數農業機械進行農業生產，當外界條件和內部環境發生突變時，難以及時得到提醒和應對，造成經濟損失。如果在傳統農業生產中將物聯網技術應用起來，用傳感技術去替代人的體感，將人的種植經驗變成不同的功能軟件，使用各種農業機械去完成人工操作，那么農民僅需操作這些設備就能進行農業生產，實現農業現代化。這就是我們的夢想。該項目是實現夢想的開始一步，如何運用物聯網技術獲取信息，營造滿足農作物所需的生長環境。

該項目在天津農業*示范園管理中心的武清基地進行。根據設計要求，此監控系統依托Zigbee無線通訊技術、3G數據通訊技術將互聯網從桌面延伸到田野，讓溫室實時在線，實現蔬菜大棚與數據世界的融合；實時采集的傳感器數據與傳統的種植經驗相結合，使得農業專家在遠程可以隨時查看農田內的各種數據（溫度、濕度、光照、水量等），判斷是否是適合作物生長的*條件，可以由專家根據自身經驗和知識設定關鍵值，當某種數據偏離設定值時，大棚自動做出反應（溫度偏低，則打開供暖設施，溫度偏高，則開門通風；水量不足，則自動打開噴淋裝置等），可同時監測和控制蔬菜大棚的正常運行，從而使得農作物始終處在*的生長環境中。從而建立起集數據采集、數字傳輸、數據分析處理、數控農業機械為一體的新型農業生產管理體系，實現農業生 產管理的數字化、網絡化與智能化。

系統方案及功能實現

目前，本項目涉及到兩種類型的大棚：智能溫室大棚和日光溫室大棚，因此，整個系統平臺包括兩個子系統：智能溫室大棚遠程監測與自動控制子系統、日光溫室大棚遠程監測與自動控制子系統。我們為兩種類型的大棚提供了相應的解決方案。

（一）智能溫室大棚網絡邏輯拓撲結構

智能溫室大棚網絡邏輯拓撲結構如圖1.1所示。

感知層：農業大棚遠程監測裝置基于ZigBee無線檢測網絡研發而成，集模擬量/開關量采集、繼電器控制、RS-232串口通訊于一體的綜合性監測裝置，測量可靠，通過狀態指示燈顏色的變換可以輕松獲得裝置所處的工作狀態，操作調試十分簡便，適合于農業大棚相關數據的采集和設備控制。在智能溫室中裝有環境溫濕度傳感器、光照強度傳感器、土壤溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器等，將采集的數據通過ZigBee網絡與環境參數采集器無線連接。

傳輸層：（1）通過網關 (串轉網設備)進行感知層與傳輸層的融合，即網關一方面通過其串口連接環境參數采集器、繼電器以及氣象采集器，另一方面通過其網口連接交換機，從而完成數據從串口格式到以太網格式的轉換。（2）以太網交換機接入大功率AP，zui終通過無線WiFi信號達到溫室與外界數據交換的目的。（3）攝像頭直接接入交換機。

應用層。管理員對中控室進行系統維護與日常管理，終端用戶使用手機、IPAD、PC等方式，通過各種通信網絡接入技術使用本系統的上層服務。

    在本方案中，使用該網關具有以下優勢：

（1）網關上嵌入3G模塊，可以直接通過移動互聯網進行連接；

（2）多個溫室大棚共享一個數據采集控制模塊，使開發成本降低；

（3）建網、組網以及上層配置簡單。

根據系統設計要求，管理人員使用該系統可以智能溫室和日光溫室大棚種植的蔬菜進行全過程的遠程監測、自動控制和管理。其主要功能有:

1、蔬菜大棚的遠程無線實時數據采集：如環境溫濕度、光照、CO2濃度等地面信息，土壤水分和溫度、土壤養分（氮磷鉀元素）等土壤信息以及風向風速等室外氣象信息。

2、蔬菜大棚的遠程無線自動控制：根據實時采集的數據與標準數據的比較結果來決定相應的遠程自動控制。可以通過移動設備（如手機、iPAD等）對風機、外遮陽卷簾、內遮陰卷簾、補光燈、水簾、天窗、地源熱泵、滴灌等設備進行遠程無線自動控制。

3、 監控云平臺通過網關可以實時獲取傳感器節點的數據。將網關的數據存儲到云平臺中，企業（用戶）直接訪問云平臺獲取網關節點數據信息，進而進行專家咨詢與實時指導。

4、信息分析與統計：通過數據分析和統計提供各種報表。

項目創新

（1）本系統使用了基于物聯網農業應用的嵌入式中間件軟件技術。由于軟、硬件設備投入使用的年代不同，使用的接口，協議也千差萬別。導致各個系統仍處于各自為戰的狀態，并沒有形成一個統一的網絡。所以，在這種情況下，使用

物聯網嵌入式中間件軟件有效的整合和完善了物聯網農業應用的前端信息采集設備和后端信息匯聚設備，把所有設備都納入統一的管理，并把這些不同的設備連接在一起，構成一個統一的網絡。

（2）基于無線物聯網網關及其矩陣排布技術開發的農作物生長環境監控平臺可同時監測大范圍內所有大棚內農作物生長環境狀況，手動/定時控制棚內相應設備，并且可通過用戶參數設定實時自動控制設備狀態以滿足植物生長要求。

（3）支持3G無線通訊的物聯網網關可以將采集的數據傳輸到移動云計算平臺，為后期開展云服務奠定了基礎。

（4）真正實現了信息化與農業化的高度融合，將*的信息技術應用到傳統的農業，建成了集數據采集、數字傳輸、數據分析處理、數控農業機械為一體的現代農業物聯網創新網絡平臺與應用示范，實現了農業生產管理朝著低成本、可靠性、節水節能型、智能化和環境友好型等五大方向發展。

取得效益及效益分析

    智能溫室和日光溫室大棚項目在天津示范應用時得到*及天津市委、市政府的高度重視，天津市委書記張高利等領導親臨現場視察。

    2012年底，該項目獲得了中關村物聯網產業聯盟與中國移動共同舉辦的首屆移動杯智慧北京大賽解決方案獎，應成功參加了2012年津洽會、京交會以及寧波“智慧城市”博覽會的展覽，在京津滬渝四直轄市領導與專家到天津市農業*示范園區管理中心視察工作，參觀人員一致認為該示范平臺具有科技含量高、超前意識強、發展前景好、帶動能力強的推廣優勢，可以為天津市乃至全國現代農業、都市農業的發展起到良好的示范和推動作用。取得了較好的社會效益。在此基礎上，我們將加強“政、產、學、研、用”聯合，加大推廣應用力度，創新經濟效益增長模式，使農民從中得到實惠，企業得到發展。

現場使用圖片: