物聯網技術應用于農業領域:構建智能農業應用系統
2013-09-10 10:24:23   來源:   評論:0 點擊:

 以感知和智能為特征的新技術的出現和相互融合,使得未來信息技術的發展由互聯網轉向物與物互聯信息主導的物聯網。物聯網是在計算機互聯網...

 以感知和智能為特征的新技術的出現和相互融合,使得未來信息技術的發展由互聯網轉向物與物互聯信息主導的物聯網。物聯網是在計算機互聯網的基礎上,利用無線通信、傳感器、RFID等技術,構造一個覆蓋世界上萬事萬物的“Internet of Things”。物聯網被稱為繼計算機、互聯網之后,世界信息產業的第三次浪潮,將催生一個巨大的新興產業。2009年,溫家寶總理到中科院無錫高新微納傳感網絡工程技術研發中心考察時,提出建立“感知中國”傳感信息中心,更加推動了我國在物聯網領域的技術研究和產業發展。2009年,物聯網技術發展已被列入中國國家級重大科技專項,與新能源、綠色制造等并列為國家五大新興戰略性產業。

 

  物聯網已成為當前世界新一輪經濟和科技發展的戰略制高點之一,發展物聯網對于促進經濟發展和社會進步具有重要的現實意義。為抓住機遇,明確方向,突出重點,加快培育和壯大物聯網,根據我國《國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》和《國務院關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》,工業和信息化部制定了《物聯網“十二五”發展規劃》。

 

  目前,我國物聯網在安防、電力、交通、物流、醫療、環保等領域已經得到應用,且應用模式正日趨成熟。在安防領域,視頻監控、周界防入侵等應用已取得良好效果;在電力行業,遠程抄表、輸變電監測等應用正在逐步拓展;在交通領域,路網監測、車輛管理和調度等應用正在發揮積極作用;在物流領域,物品倉儲、運輸、監測應用廣泛推廣;在醫療領域,個人健康監護、遠程醫療等應用日趨成熟。除此之外,物聯網在環境監測、市政設施監控、樓字節能、食品藥品溯源等方面也開展了廣泛的應用。

 

  物聯網的概念

 

  物聯網的英文名稱叫“The Internet of Things”,簡稱IOT。物聯網的定義是:通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備,按約定的協議,把任何物品與互聯網連接起來,進行信息交換和通訊,以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。即物聯網就是“物物相連的互聯網”,這有兩層意思:第一,物聯網的核心和基礎仍然是互聯網,是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡;第二,其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間,進行信息交換和通訊。這里的“物”要滿足以下條件才能夠被納入物聯網的范圍:

 

  (1)要有相應信息的接收器;

  (2)要有數據傳輸通路;

  (3)要有一定的存儲功能;

  (4)要有CPU;

  (5)要有操作系統;

  (6)要有專門的應用程序;

  (7)要有數據發送器;

  (8)遵循物聯網的通信協議;

  (9)在世界網絡中有可被識別的唯一編號。

 

基于物聯網技術的智能農業應用系統

 

  隨著中國經濟近30年來的快速發展,農業生產資源緊缺和農業對資源消耗過大的問題對農業發展的制約愈發明顯。農業物聯網將先進的傳感、通信和數據處理等物聯網技術應用于農業領域,構建智能農業系統,是解決農業發展滯后問題的有效方法。

 

  1、基于物聯網技術的智能農業應用系統架構


本文選用ZigBee、RFID、傳感器、單片機智能控制、Code39、QR解析、嵌入式TCP/IP、GPRS、GSM、GPS、DTU、TTS以及具有自適應切換的網關等技術搭建了智能監測與培育、運輸管理與控制、銷售與溯源這三個子系統組成的應用系統模型。系統模型中所有電路的PCB設計、程序接口、網關以及上位機交互均為自主設計,設計制作功能模塊總計有23種。每個子系統或是模塊都結合實際應用考慮,融合了不同的物聯網技術構架而成。三個組成子系統很好地體現了物聯網的層次結構,解決了農作物從培育到最后銷售各個環節的實際問題。雖然三個子系統功能目不同,但是技術層次上又都是密切關聯的,相互配合達到了智能農業應用系統的要求。

 

  2、農業智能監測與培育系統

 

  由ZigBee無線傳感器監測網絡及培育控制設備所組成的農業智能監測與培育系統結構如圖1所示。系統由ZigBee網絡、培育控制設備、網關和控制中心組成。其中,ZigBee網絡由多個部署在監測區域內的簇網絡構成,ZigBee節點負責監測溫度、濕度、光強等農情信息采集并通過ZigBee網絡傳送給網關。各種衣情信息對農作物的影響不同,例如光照是農作物進行光合作用的基本條件,在農作物上方安放光照強度傳感器實時監測環境光照強度,能及時掌握農作物生長環境的光照強度;環境溫度的高低直接影響農作物生長速度與發育情況,空氣濕度也是影響農作物生長發育的重要因素,所以要在農作物周圍安放空氣溫濕度傳感器。通過具有自適應切換功能的網關將ZigBee網絡接入傳輸網絡,將數據傳送至控制中心??刂浦行膶⒔邮盏降臄祿浱幚砗蟠嫒霐祿?,根據采集到的信息進行匯總分析,結合專家決策系統發出反饋控制指令,及時、準確地發現問題和解決問題,指導農業生產。通過Internet生產者和技術研究人員就可以隨時隨地監測所采集到的農情信息,對作物生長情況進行實時跟蹤。負責農作物生產的技術人員將根據其作物的生長實況和實際需求制定合理的培育策略(比如增加溫度、增加濕度、澆灌),通過將集成有嵌入式TCP/IP協議的培育設備連接到Internet網,通過遠程執行所制定的策略,遠程節點收到信息后會做出響應,例如調節光照強度、灌溉時間、除草劑濃度等等。

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