基于农业物联网技术的智能农业系统设计

基于农业物联网技术的智能农业系统设计摘要：在“十二五”规划中，物联网成为了新兴高新产业中最为热门的技术之一。随着物联网的广泛应用，各行各业将得到快速的发展。物联网在农业中实现的智能化系统，能够降低劳动力成本，将传统的劳动密集型产业逐步转型。本文从实际农业种植、管理的角度出发，阐述了物联网在农业中的信息化应用，提高产业效率，改革农业管理，所阐述的智能农业系统已经得到实际应用，能更清晰地看到物联网的重要作用。关键词：物联网；智能农业；信息化1智能农业概述在农业生产过程中，农作物的生长与自然界的多种因素息息相关，其中包括大气温度、大气湿度、土壤的温度湿度、光照强度条件、CO2浓度、水分及其他养分等等。传统农业作业过程中，对这些影响农作物生长的参数进行管理，主要依靠人的感知能力，存在着极大的不准确性，农业生产也就成为一种粗放式管理，达不到精细化管理的要求。随着科学技术的发展，伴随着城镇化改革的进行，在农业生产过程中，越来越多的劳动力被解放出来，劳动力成本不断增加，传统农业无法进一步的发展，也逐渐滞后于社会的发展。因此，对传统农业的要求在不断提高，将先进技术应用于农业将得到广泛推广，智能农业随之产生。托普物联网指出所谓的智能农业，指的是将人工智能技术应用于农业领域的一项高新技术。智能农业系统覆盖了从影响农业生产的自然参数的采集，到利用知识推理和计算机技术进行参数分析，最终通过农业专家系统指导农业生产的整个生产管理链。智能农业主要涉及的关键技术包括检测技术、嵌入式技术、通信技术等。也有人认为智能农业是指在相对可控的环境条件下，采用工业化生产，实现集约高效可持续发展的现代超前农业生产方式，就是农业先进设施与露地相配套、具有高度的技术规范和高效益的集约化规模经营的生产方式。它集科研、生产、加工、销售于一体，实现周年性、全天候、反季节的企业化规模生产；它集成现代生物技术、农业工程、农用新材料等学科，以现代化农业设施为依托，科技含量高，产品附加值高，土地产出率高和劳动生产率高，是我国农业新技术革命的跨世纪工程。智能农业产品通过实时采集温室内温度、土壤温度、CO2浓度、湿度信号以及光照、叶面湿度、露点温度等环境参数，自动开启或者关闭指定设备。可以根据用户需求，随时进行处理，为设施农业综合生态信息自动监测、对环境进行自动控制和智能化管理提供科学依据。通过模块采集温度传感器等信号，经由无线信号收发模块传输数据，实现对大棚温湿度的远程控制。智能农业还包括智能粮库系统，该系统通过将粮库内温湿度变化的感知与计算机或手机的连接进行实时观察，记录现场情况以保证量粮库的温湿度平衡。2、智能农业系统本质上仍然是自动控制系统，是闭环控制系统，具有以下两大特性：（1）反馈控制反馈控制是实现控制系统稳定、可靠及自动化的关键技术，智能农业系统在系统的架构上看，也必须是反馈控制系统，而且是负反馈控制系统，形成的是闭环控制。从农业参数的采集、处理到MCU调控，应该形成闭环负反馈系统，否则将失去智能化的特性，失去自动控制的特点。（2）自主控制自主控制指的是系统的控制核心具备自适应的调整能力，包括自学习能力和自整定能力。农业系统本身是一个非线性系统，其外在扰动和内在扰动无规律可言，在建立对这些无规律的参数实现调控的系统时，就需要使得其具备自主控制的能力，以实时处理非线性数据。2物联网概述物联网指的是将所有现实物体通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化的识别和管理。物联网应用的技术基础是后PC机时代发展起来的嵌入式系统技术以及互联网技术。因此，物联网应用就是将新一代的IT技术应用到各个行业中，把感应设备装置嵌入到电网、建筑等各种物体中，然后与现有的互联网连接起来，通过中心计算机，对人和设备进行实时管理和控制，提高资源利用率和生产力水平，达到真正的“智慧”状态。智能农业整体系统图物联网被广泛应用于各类行业，目前已经出现了智能公交、智能安防、智能楼宇、远程会诊、防伪溯源、农业大棚、水系监测等领域的应用。这些应用使得物联网不再只是一个概念，真正实现物物互联。物联网是继计算机、互联网和移动通信之后的又一次信息产业的革命性发展。2008年“智慧地球”概念的提出，奠定了物联网发展的里程碑，物联网正成为世界各国竞相聚焦的战略性新兴产业。3智能农业系统设计概述为了对农业生产起到指导作用，智能农业系统需要对主要的农业生产影响因素进行监测和控制。整套系统主要利用传感器技术、通信技术及计算机技术实现其功能。利用传感器对不同的影响因素进行信号的采集，并做初步的处理后，通过无线通信技术传输到上位计算机中，由计算机进行数据的分析和管理，并经过时间上的数据积累，与农业专家一起，构建具备初步完善的专家数据平台，给农业生产带来指导性作用。同时，为了调节不适合农业作物生长的因素，仍然需要一套完备的下位机控制系统，实现被监测参数的调节和完善。智能农业系统整体组成框图如图一所示。物联网智能农业系统所使用的传感器需要满足农业生产的要求，实现数据的实时采集。本系统采用的都是国外进口专业传感器，具有稳定性好、精度高等特点，在实际应用过程中，效果显著。通信部分则采用无线通信方式，农业基地的空旷性给无线通信的实现带来了便利，有线通信反而会对农业生产产生影响。M2M汇聚节点作为所有参数的集中点，采用了32位的ARM处理器来实现，采用了TINYOS操作系统进行资源的管理，性能更稳定。PC机上位机监测管理系统则利用目前较新的Silverlight组件来实现，.Net的应用更为完美。智能农业系统设计4结束语本文主要简单地讨论了基于物联网技术的智能农业系统的设计思路，具体设计方案将在后续的研究完成。本文涉及的智能农业系统可以通过浏览一些其他资料来增加对物联网及智能农业的认识，也对本文所介绍的内容有更好的理解。物联网是新兴产业，智能农业是其中一个领域中的应用，对农业将有较大的促进作用