摘要：采用ZigBee技術與3G通信技術、以太網技術相融合的方式，將各農業基地及其內部相關設備組成一個大型的無線傳感網絡系統，并根據分布于各個農業基地內部的傳感器采集參數，精準掌控各個農業基地的內部狀況，實現基地、設備、人之間的遠程信息交互，形成一種基于物聯網的智慧農業監控系統。經對系統進行實際運作，發現該系統穩定性、遠程信息采集交互、可視化及環境調控均達到實際需求，可對大規模農業基地進行實時管理。

　　關鍵詞：物聯網；智慧農業；監控系統；傳感器；采集

　　當前，我國的農業正由小規模種植的個體方式向集約化、大規模基地種植方式發展…，隨之而來如灌溉、施肥、蟲害等各種問題也逐步凸顯出來。因此，如何對大規模、大面積的農業基地實施高效率、信息化、安全化的科學管理，是一個當務之急需要解決的問題。目前，國內農業基地的環境監控大部分采用傳統方式，即通過人工手段進行監控，這大大增加了不必要的勞動力開銷，降低了工作效率。物聯網利用局部網絡與互聯網等通信技術，把傳感器、控制器、機器、人員和物等通過新的方式聯在一起，形成人與物、物與物相聯，實現信息化、遠程管理與控制的智能化。本研究在物聯網基礎上，提出一種智慧農業監測監控系統，通過該系統，用戶可以不受空間限制，對大規模農業基地進行環境信息采集，同時又能對其進行可視化的精確調控，從而實現現代農業的集中高效管理。

　　1系統總體方案

　　監控系統由3部分組成，即由ZigBee無線網絡、嵌入式操作平臺、視頻監控模塊組成的現場監控子系統，由3G傳輸網絡，以太網形成的無線網絡子系統及遠程監控管理中心(圖1)。現場監控子系統通過ZigBee網絡，將傳感器等設備采集到的數據傳輸至位于基地的嵌入式操作平臺，同時將控制指令發送給基地中需要控制的設備；現場監控子系統采集相關環境參數后存人數據庫，通過無線網絡子系統傳輸至遠程監控管理中心，同時，遠程監控管理中心結合現場監控子系統傳輸的相關參數與視頻信息，通過無線網絡子系統發出相應的調控指令。

　　2現場監控子系統

　　現場監控子系統需要滿足實時數據采集、數據存儲分析、自動控制、網絡連接等功能。

　　2．1短距離ZigBee網絡設計

　　作為一種低復雜度、低速率、低成本、低損耗的新興無線網絡技術，ZigBee技術Ⅲ成為一些近距離通信技術應用的首選。從農業基地角度來看，一般所需要傳輸的數據類型對通信速率要求不高，用ZigBee方式取代傳統的布線方式有相當的可行性。考慮到一般農業基地均具有多測點、多設備、控制距離較短的特點，一般采用ZigBee的Mesh組網(網狀組網)模式(圖2)。Mesh網絡由協調節點、路由器和多個終端節點組成，它是一種多跳的網絡系統，網絡中節點與節點之間可以直接通信，每一次的通信都會由一條或多條路由節點進行中繼，最終傳輸給目的節點。

　　2．2嵌入式操作平臺設計

　　采用ARM—Linux控制器模式¨1。硬件部分選取ARMl1系列核作為嵌入式控制器的微處理器，該系列處理器具有處理能力強、性能高、功耗低的特點；軟件部分操作系統則采用Linux操作系統，它具有兼容性高、多用戶、多任務、界面操作簡單、安全性好、支持多種平臺等優點。嵌入式系統結構如圖4所示，虛線部分為嵌入式系統的軟件架構及內置的應用程序。

　　3無線網絡子系統

　　無線網絡子系統采用中國聯通3G(第3．代移動通信技術)網絡∞。與以太網元縫連接，實現用戶的遠程監控。隨著3G技術的成熟及網絡覆蓋區域廣，3G網絡的高抗干擾能力、高兼容性與高數據傳輸速率，使得它完全可以滿足農業基地監測過程中各種數據的傳輸需求。以太網采用專線連接模式，由遠程管理中心向網絡服務商申請固定的公網IP地址；現場監控子系統接收到相關信息，嵌入式控制平臺通過3G—DTU(3G數據單元)將信息通過3G網絡發送出去，經過基站與網絡服務器設備實現3G網絡與以太網的無縫連接；通過網絡服務商提供的固定IP傳輸至遠程管理中心，實現現場與遠距離管理中心的連接(圖6)。反之，管理中心的相關控制信息也可以通過該線路向現場監控子系統發布，現場監控子系統接收到控制信息后，通過一系列信息逆向處理實現最終的遠程控制。

　　4遠程監控管理中心

　　管理中心由網絡接人設備和工作計算機等組成拍1，以完成基地現場環境參數信息的采集、存儲和顯示，同時實現對基地視頻遠程手動控制，實現對基地環境參數的遠程手動或自動控制。采用B／S(瀏覽器／服務器)模式"1，遠程用戶通過預先設計的友好人機界面瀏覽器登入遠端ARM—Linux控制器，可以通過獲取攝像頭的視頻圖像，直觀地觀察各個農業基地的動植物生長狀況；可以通過相關環境參數的顯示，客觀分析實時狀況；可以根據歷史數據進行事后分析與未來預測。根據用戶對系統的要求，設計以下幾個主要的界面：(1)設置歷史報表、報警設置、歷史曲線等選項，點擊對應的按鈕，就會彈出對應的界面，用戶可以參照相關的界面顯示，作出合理的判斷，同時每個界面均具有打印輸出的功能；(2)對各基地空氣溫濕度、氨氣濃度、土壤溫濕度、光照強度等參數作出實時的顯示，同時配置施肥器、通風機、二氧化碳發生器、水泵等虛擬裝置，用戶只需點擊虛擬裝置，便可實現對遠程裝置的開關操作；(3)根據各種傳感器檢測的環境參數，通過監控管理中心對相關參數正常范圍的設置，實現農業基地環境參數的自動控制。系統遠程監控5個農業基地的相關參數效果見圖7。

　　5結論

　　圖7遠程監控基地相關參數效果圖示．引入目前比較成熟的3G通信技術，完成智慧農業監控系統整個網絡的無縫銜接。本系統目前已經在江蘇省沛縣現代農業科技示范園投入使用，監控的農業基地覆蓋沛縣全境。通過研究和應用表明，該系統只須架構1套監控系統，便可以對處在全國各地所有農業生產基地進行實時監控，實現人、設備之間的信息交互，適合于大規模農業基地的生產管控。基于物聯網的智慧農業監控系統，具有相當高的穩定性，能夠完成農業生產持續可靠的精準監控，在農業領域有很好的應用前景。

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