基于物联网技术的智能农业方案

　　以感知和智能为特征的新技术的出现和相互融合，使得未来信息技术的发展由互联网转向物与物互联信息主导的物联网。物联网是在计算机互联网的基础上，利用无线通信、传感器、RFID等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”。物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮，将催生一个巨大的新兴产业。2009年，温家宝总理到中科院无锡高新微纳传感网络工程技术研发中心考察时，提出建立“感知中国”传感信息中心，更加推动了我国在物联网领域的技术研究和产业发展。2009年，物联网技术发展已被列入中国国家级重大科技专项，与新能源、绿色制造等并列为国家五大新兴战略性产业。

　　物联网已成为当前世界新一轮经济和科技发展的战略制高点之一，发展物联网对于促进经济发展和社会进步具有重要的现实意义。为抓住机遇，明确方向，突出重点，加快培育和壮大物联网，根据我国《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》和《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，工业和信息化部制定了《物联网“十二五”发展规划》。

 

　　目前，我国物联网在安防、电力、交通、物流、医疗、环保等领域已经得到应用，且应用模式正日趋成熟。在安防领域，视频监控、周界防入侵等应用已取得良好效果；在电力行业，远程抄表、输变电监测等应用正在逐步拓展；在交通领域，路网监测、车辆管理和调度等应用正在发挥积极作用；在物流领域，物品仓储、运输、监测应用广泛推广；在医疗领域，个人健康监护、远程医疗等应用日趋成熟。除此之外，物联网在环境监测、市政设施监控、楼字节能、食品药品溯源等方面也开展了广泛的应用。

 

　　1 物联网的概念

 

　　物联网的英文名称叫“The Internet of Things”，简称IOT。物联网的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。即物联网就是“物物相连的互联网”，这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。这里的“物”要满足以下条件才能够被纳入物联网的范围：

 

　　（1）要有相应信息的接收器；

 

　　（2）要有数据传输通路；

 

　　（3）要有一定的存储功能；

 

　　（4）要有CPU;

 

　　（5）要有操作系统；

 

　　（6）要有专门的应用程序；

 

　　（7）要有数据发送器；

 

　　（8）遵循物联网的通信协议；

 

　　（9）在世界网络中有可被识别的唯一编号。

 

　　2 基于物联网技术的智能农业应用系统

 

　　随着中国经济近30年来的快速发展，农业生产资源紧缺和农业对资源消耗过大的问题对农业发展的制约愈发明显。农业物联网将先进的传感、通信和数据处理等物联网技术应用于农业领域，构建智能农业系统，是解决农业发展滞后问题的有效方法。

 

　　2.1 基于物联网技术的智能农业应用系统架构

 

　　针对农业的培育、运输、分配等环节设计了基于物联网技术的智能农业应用系统，其总体框架模型如表1所列。

 

　　本文选用ZigBee、 RFID、传感器、单片机智能控制、Code39、QR解析、嵌入式TCP/IP、GPRS、GSM、GPS、DTU、TTS以及具有自适应切换的网关等技术搭建了智能监测与培育、运输管理与控制、销售与溯源这三个子系统组成的应用系统模型。系统模型中所有电路的PCB设计、程序接口、网关以及上位机交互均为自主设计，设计制作功能模块总计有23种。每个子系统或是模块都结合实际应用考虑，融合了不同的物联网技术构架而成。三个组成子系统很好地体现了物联网的层次结构，解决了农作物从培育到最后销售各个环节的实际问题。虽然三个子系统功能目不同，但是技术层次上又都是密切关联的，相互配合达到了智能农业应用系统的要求。

 

　　2.2 农业智能监测与培育系统

 

　　由ZigBee无线传感器监测网络及培育控制设备所组成的农业智能监测与培育系统结构如图1所示。系统由ZigBee网络、培育控制设备、网关和控制中心组成。其中，ZigBee网络由多个部署在监测区域内的簇网络构成，ZigBee节点负责监测温度、湿度、光强等农情信息采集并通过 ZigBee网络传送给网关。各种衣情信息对农作物的影响不同，例如光照是农作物进行光合作用的基本条件，在农作物上方安放光照强度传感器实时监测环境光照强度，能及时掌握农作物生长环境的光照强度；环境温度的高低直接影响农作物生长速度与发育情况，空气湿度也是影响农作物生长发育的重要因素，所以要在农作物周围安放空气温湿度传感器。通过具有自适应切换功能的网关将ZigBee网络接入传输网络，将数据传送至控制中心。控制中心将接收到的数据经处理后存入数据库，根据采集到的信息进行汇总分析，结合专家决策系统发出反馈控制指令，及时、准确地发现问题和解决问题，指导农业生产。通过Internet生产者和技术研究人员就可以随时随地监测所采集到的农情信息，对作物生长情况进行实时跟踪。负责农作物生产的技术人员将根据其作物的生长实况和实际需求制定合理的培育策略（比如增加温度、增加湿度、浇灌），通过将集成有嵌入式TCP/IP协议的培育设备连接到Internet网，通过远程执行所制定的策略，远程节点收到信息后会做出响应，例如调节光照强度、灌溉时间、除草剂浓度等等。