基于zigbee、Wifi物联网智能农业解决方案.pdf

发布时间：2022-04-13 发布人：admin 分类：互联网资料大小：1.29M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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专业提供物联网实验室开发套件、实验室建设、项目集成基于 Zigbee、Wifi 物联网智能农业解决方案 1. 系统介绍物联网的农业应用，将面对一系列在广域空间分布的信息获取、高效可靠的信息传输与互联、面向不同应用需求和不同应用环境的智能决策系统集成的科学技术问题。它既需要电子、信息、通信科技与产业界对关键共性技术的突破和提供低成本、使用可靠和易用性好的硬、软件产品与服务的支持，又需要农业信息工程科学家们的协力研究、面向农业应用需求的技术整合和运营服务模式创新的保障。信息科技将融入各种农业应用领域，成为生物、农艺、工程交叉汇聚学科的纽带。物联网农业应用技术的创新，将打破学科与部门的界限，促进不同学科间的交叉融合和衍生新的交叉学科，将大力推进以需求和应用为导向的协力研究模式，为新兴产业的发展和转变农业发展方式创造新的机会。精细农业是信息时代基于信息和知识管理复杂农业生产系统的精耕细作、精细经营的技术体系，是利用 3S 技术、传感技术、智能决策技术和变量作业智能化控制装备，对农业生产过程进行量化分析、智能决策、变量投入、定位操作的现代农业生产管理技术体系。通过综合运用全球导航卫星系统（GNSS）、地理信息系统(GIS)、遥感技术(RS)和多种先进传感技术，辅助地面人工调查和科学试验，对农作物生产过程中气候、土壤从宏观到微观的实时监测，对农作物生长、发育状况、病虫害、水肥状况以及相应的环境状况进行定期信息获取和动态分析，并根据获取的农田小区环境和作物长势的时空差异性信息，进行智能诊断和决策，制定田间实施计划，在 GNSS 和 GIS 集成系统支持下，通过变量可控的农业机械，实施定位定量的精细管理，实现科学合理的投入，获得最佳的经济和环境效益。精细农业充分体现了因地制宜、科学管理的思想理念，对于最大限度挖掘耕地生产潜力、实现农业生产要素高效利用和保护农田生态环境具有重大意义，成为当今世界最具有竞争力的现代农业发展前沿。 2. 系统框架农业领域物联网产业链大致可以分为 3 个层次：首先是感知设备，以二维码、深联致远（北京）科技有限公司电话：010-62560901 网址：http://www.wsn.org.cn

专业提供物联网实验室开发套件、实验室建设、项目集成 RFID (射频识别技术)、传感器为主，实现“物”的识别；其次是传输网络，通过现有的无线网络传感器、互联网、通信网络或者未来的 NGN 网络(下一代网络)，实现数据的传输与计算；三是应用服务，即智能化信息处理，管理决策支持软件，输入输出控制终端等。每个层次都有相关的支持产业与标准化研究内容。（1）感知和采集层设备从农作物的育苗、生长、收获一直到储藏等环节，传感器技术得到了较为成熟、广泛的应用。农业生产过程中，采用温度传感器、湿度传感器、pH 值传感器、光传感器、离子敏传感器、电化学传感器、生物传感器等各种“电五官”检测环境中的温度、相对湿度、pH 值、光照强度、土壤养分等物理量参数，保证农作物有一个良好的、适宜的生长环境。感知和采集设备节点由三个主要模块组成：低功耗芯片组模块，传感器接口模块和电源模块。通过设置传感器接口模块，增加了节点设备的灵活性。通过配置不同的传感器接口模块，可以使节点设备匹配不同类型的传感器，从而以非常小的代价提供非常高的灵活性。另外，通过设计接口模块，可以使节点连接多种类型的传感器。电源模块为低功耗芯片组模块和传感器接口模块提供电能支持。电源模块由电源采集模块、电源控制模块以及电源存储模块组成。由于设备工作在野外，无法获得稳定的有线电源，因此考虑采用太阳能，而电源采集模块负责能量的采集。由于太阳能受时间和天气等外界因素的影响比较大，因此设置电源存储模块，将采集的能量存储起来，供无法获得太阳能的时候使用。电源控制模块负责整个电源模块的管理。深联致远（北京）科技有限公司电话：010-62560901 网址：http://www.wsn.org.cn 传感器接口模块电源模块低功耗芯片组处理器射频模块低功耗管理模块电源采集模块电源控制模块电源存储模块

专业提供物联网实验室开发套件、实验室建设、项目集成感知和采集设备节点组成多媒体监控是监控农业设施的重要手段，由于多媒体监控对带宽的要求很高，因此考虑采用宽带无线传输技术。由于多媒体信息源和传输手段会因为不同的监测对象和监测环境而有所变化，因此采用模块化设计。由多媒体接口模块、处理器、射频接口模块、电源模块。媒体接口模块，负责连接多媒体数据源。根据数据采集要求可分别连接视频监控设备和照片采集设备。射频接口模块，则根据具体的监测环境连接 WiFi 射频模块和 TD-LTE 射频模块。处理器和电源模块与节点设备相应模块功能类似。视频的传输对无线网络的要求较高，所以必须选择合适的编码方式。同时，由于视频模块的功耗和带宽要求较高，故考虑使用事件驱动的方式在监测区域出现异常情况时才启动摄像头进行进监控，因此视频多媒体采集节点与传信息采集节点的联动技术，以增加网络运行寿命。（2）传输网络多媒体监控网络设备组成由于传感器网络节点的通信能力较弱，相隔一定距离的传感器节点之间不能实现直接通信，而为了能够将传感的数据及时有效的发送出去，整个传感器网络必须要能够连接成一个能互连互通的网络，因此，传感器网络网关必不可少。传感器网络网关在传感器网络中的作用相当于桥梁，可以将彼此间相互独立的信息区域连接起来。无线传感器网络必须面临复杂的环境，必须通过各种不同的高低速率的无线协议的合作才能准确的获取监测地区的准确数据。因此，网关设备必须能够处理各种不同协议之间的数据转发。由于各种协议的数据传输速率不同，因此网关设备必须提供存储模块，对接受到的数据进行缓存。另外，一旦发生紧急情况，网关比还能够将最后接收到的深联致远（北京）科技有限公司电话：010-62560901 网址：http://www.wsn.org.cn 视频监控照片采集多媒体接口模块电源模块电源采集模块电源控制模块电源存储模块处理器射频接口模块LTE射频模块WiFi射频模块

专业提供物联网实验室开发套件、实验室建设、项目集成数据存储起来，并进入睡眠状态以节省能源。待技术人员到达其传输范围之内，将其唤醒，并通过无线方式获取其缓存的数据。电源是无线传感器网络设备关键因素。两种方式可以提高能源利用率：一是通过采用软硬件协同的动态功耗管理机制来有效地节约能耗；二是通过采用能量自自适应网络组网模式策略，在组网或者进行路由选择过程中，充分考虑节点能量信息，即优先选择能量高的节点传输关键数据，让能量低的节点进入睡眠模式，必要时才将其唤醒以维护网络正常运行，从而显著降低节点的能耗。支持多协议的模块化物联网网关设备（3）应用服务针对我国农业信息化基础设施薄弱、需求复杂多变、应用模式多等特点，面向农业物联网重大行业应用，构建面向服务的运行支撑平台与集成环境，重点突破多源信息融合、海量信息分布式管理、智能信息服务等关键技术，形成农业物联网基础软件平台，为现代农业产业技术体系提供强有力的支撑。农业物联网可实现农业生产资源、生产过程、流通过程等环节信息的实时获取和数据共享，以保证产前正确规划而提高资源利用效率、产中精细管理而提高生产效率实现节本增效、产后高效流通并实现安全追溯。农业专用传感器以及无线传感器网络、RFID、二维条码、GPS、GIS、互联网、移动通讯网等是农业物联网的技术和产品支撑。近十年来，我国在农业行业的物联网应用主要体现在农业资源利用、农业生态环境监测、农业生产精细管理、农产品质量安管理与溯源等多个方面，多数应用处于试验示范阶段。深联致远（北京）科技有限公司电话：010-62560901 网址：http://www.wsn.org.cn Zigbee射频模块功耗管理处理器存储模块多协议支持模块TD/SCDMA射频模块LTE射频模块WiFi射频模块

专业提供物联网实验室开发套件、实验室建设、项目集成在农业资源利用方面：研究了 GPS 定位技术并与农田信息采集技术相结合以实现信息的定位获取，研究了无线传感器网络和移动通信网络通讯技术以实现信息的传输、研究 GIS 技术以实现农业资源的规划管理等。技术和产品目前已在水资源调查、土壤养分监测和施肥、病虫害监测防治、农田信息采集和管理、农业环境变化和农业污染监测等方面得到应用。基于无线传感器网络的湿地水环境数据视频监测系统在农业生态环境监测方面：研制了地面监测站和遥感技术结合的墒情监测系统，研制了大气环境和水环境监测系统，实现了对大气中二氧化硫、二氧化氮等有害气体和水温、pH 值、浊度、电导率和溶解氧等水环境参数的实时监测等。技术和产品目前已在常规例行监测、污染事故处理、生态农业指导、基本农田保护、污水灌溉普查、农业环境信息发布等方面得到应用。深联致远（北京）科技有限公司电话：010-62560901 网址：http://www.wsn.org.cn

专业提供物联网实验室开发套件、实验室建设、项目集成使用智能传感器技术的墒情监测网络在农业生产精细管理方面：研制了农业生物－环境信息获取系统以实现农田精细管理；研制了农机作业测产系统、调度系统以实现作物产量、品质的监测和农机跨区作业的调度；研制了果园灌溉施肥自动化控制系统，部分产品已经辐射全国；研制了温室大棚智能监控系统，实现了室外气象信息、室内环境信息、作物生理生态信息、视频信号的监测和执行机构的智能控制；研制了畜禽、水产健康养殖网络系统，实现了养殖远程监控，并提高了对重大动物疫情控制的应急能力和指挥能力。技术和产品目前已在粮食作物生产、果园管理、设施农业、畜禽水产养殖等领域的植物和环境信息监测控制、农机作业检测和调度、果园自动化灌溉、鸟害防治、温室智能监控、畜禽水产自动化养殖、动物疫情控制等方面得到应用。（1）粮食作物近年来，国内农业精细管理物联网的研究主要围绕着精细农业示范工程的实施展开。网络技术在大田农作精细管理中的应用研究，主要涉及田间环境/土壤信息获取、联合收获机械自动测产、农田作物产量空间差异分布图自动生成和农业机械作业监控等三个主要领域。服务器端软件还能够综合农机状态信息、气象信息、交通信息等为农机驾驶员提供农机最佳作业时间、农机故障概率等参考信息。通过使用该系统，可以最大可能优化农机资源分配，避免农机盲目调度，减少燃油消耗。（2）果园管理在果园监测方面，开发了基于无线传感器的信息采集网络产品；在水肥控制方面，开发了基于无线和有线网络的墒情监测产品和灌溉自动化产品。其中管理深联致远（北京）科技有限公司电话：010-62560901 网址：http://www.wsn.org.cn

专业提供物联网实验室开发套件、实验室建设、项目集成中心计算机属于上位机，其余设备属于下位机。系统各部分之间的通信信道主要包括管理中心计算机与井房集中器的通信信道、井房集中器与温室监控单元的通信信道，即分层分散式体系结构。这种体系结构分上下两层：上层（管理中心计算机与井房集中器之间）数据的通信采用星型结构，利用 2.4G 无线局域网实现数据的交互，底层（井房集中器与集中式监控单元）数据的传输采用总线型结构，利用 RS485 总线进行数据交互。针对水果产业的网络信息系统也得到较大发展，已经出现大量针对不同水果类型的专门的信息网站，提供了大量的栽培管理信息以及供求信息等。总体而言，我国果树精细管理方面基础薄弱，产业优势不明显，信息化和自动控制技术在果园管理中处于起步阶段。物联网应用于果园精细管理潜力巨大，任务繁重。（3）设施农业由于我国温室种类多、分布地域广，采用有线通信方式的测控产品时，安装成本较高，维护工作量大，电源供给不便，将物联网软硬件技术应用于设施农业中将提高我国温室生产的科技含量和综合竞争能力，大幅度提高温室单位面积的劳动生产率和资源产出率，促进高产优质和增收增效，实现温室作物生产的可持续发展具有重要意义。深联致远（北京）科技有限公司电话：010-62560901 网址：http://www.wsn.org.cn

专业提供物联网实验室开发套件、实验室建设、项目集成通过无线传感器节点测量室外气象信息、室内环境信息、作物生理生态信息、视频信号，将采集的数据通过汇聚节点以 GSM/GPRS、蓝牙、无线局域网或以太网方式发送给用户和远程数据服务器，同时用户对采集的数据做出分析，来控制温室的执行机构（补光灯、顶窗，侧窗，风机的电机、灌溉的电磁阀等），对温室的控制达到最优化，实现随时随地通过网络远程获取温室状态并控制温室各种环境，使作物处于适宜的生长环境。 4）畜禽水产养殖该系统以自然村为基点单位，涵盖全省所有畜禽饲养和规模养殖场、畜产品加工厂、饲料厂、兽药厂及畜禽交易市场的地理分布情况。系统大大提高了对重大动物疫情控制的应急能力和指挥能力，更有利于科学实施畜产品优势区域布局开发，促进畜牧业持续稳定健康发展。系统包括基础数据的维护、生产管理、猪群繁殖、饲养与饲料、疾病与防疫、销售管理、统计图表、场内管理和系统维护共九大模块。在农产品质量安管理与溯源方面：已经突破了一维与二维条码混合标记的技术难题，研究了农产品产地信息实时采集与传输技术，建立了应用评价系统和农产品产地安全数字化预警模型；制定了农产品电子标签信息分类和编码规则，开发了“主要农资标准 ASP 服务系统”，建立了“农村生活消费品放心流通监管及社深联致远（北京）科技有限公司电话：010-62560901 网址：http://www.wsn.org.cn

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