畢業(yè)論文——基于物聯網的智能農業(yè)系統(tǒng)設計及實現

1、<p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p>　　題目： 基于物聯網的智能農業(yè)系統(tǒng)設計及實現</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　目 錄1</b></p><p><b>　　前言2</b&g

2、t;</p><p>　　ABSTRACT4</p><p><b>　　第一章 緒論5</b></p><p><b>　　1.1背景5</b></p><p>　　1.2物聯網應用6</p><p>　　1.3物聯網架構圖8</p><p&g

3、t;　　第四章 傳感層15</p><p>　　4.1傳感層設計15</p><p>　　4.2傳感節(jié)點設計15</p><p>　　4.3網關節(jié)點設計16</p><p>　　第五章 傳輸層18</p><p>　　5.1傳輸層系統(tǒng)設計18</p><p>　　5.2目標設計18

4、</p><p>　　第六章 應用層20</p><p>　　6.1系統(tǒng)設計20</p><p>　　6.2傳感節(jié)點的主程序設計20</p><p>　　6.3網關節(jié)點的主程序設計20</p><p>　　第七章 智能協同控制器與農業(yè)物聯網應用層的接口22</p><p>　　第八章

5、物聯網的應用25</p><p>　　8.1區(qū)域試驗工程25</p><p>　　8.2目標和重點任務27</p><p>　　8.3試驗布局30</p><p>　　8.4條件保障33</p><p>　　第九章 案例及解決方案35</p><p><b>　　9.1案例

6、35</b></p><p>　　9.2解決方案37</p><p>　　第十章 總結與展望39</p><p><b>　　致謝40</b></p><p><b>　　參考文獻41</b></p><p><b>　　前言</b>

7、;</p><p>　　物聯網被認為是繼計算機、互聯網與移動通信網之后的世界信息產業(yè)第三次浪潮。物聯網以感知為前提，實現人與人、人與物、物與物全面互聯的網絡。在物體上植入各種微型芯片，用這些傳感器獲取物理世界的各種信息，再通過局部的無線網絡、互聯網、移動通信網等各種通信網路交互傳遞，從而實現對世界的感知。物聯網在農業(yè)上的應用將會使農業(yè)生產方式產生重大變革，會急速促進我國農業(yè)生產問題上面臨的種種問題。</p&

8、gt;<p>　　本文簡要的復述了這個智能農業(yè)理念，給出了有關物聯網的相關定義和基本功能。結合智能農業(yè)大系統(tǒng)架構，論述了農業(yè)物聯網的框架以及與智能農業(yè)系統(tǒng)的接口問題。其重要結論如下：</p><p>　?。?）智能農業(yè)應當是包含農業(yè)大系統(tǒng)智能控制在內的體系?；谵r業(yè)復雜大系統(tǒng)智能控制的智能農業(yè)是一個遞階型網絡控制大系統(tǒng)，并且是可以形成閉環(huán)的。其“智能”特性表現在：大系統(tǒng)的自愈性、自主的智能協同性和調

9、控性；</p><p>　?。?）農業(yè)物聯網僅僅是一個網絡，它不具備擔當對農業(yè)系統(tǒng)進行調控的能力；</p><p>　?。?）智能農業(yè)系統(tǒng)的有序、有效的運轉離不開農業(yè)物聯網的網絡技術支持，但是農業(yè)物聯網必須具備信息的雙向流動能力；</p><p>　?。?）要達到農業(yè)物聯網的有效應用必須要拓展其功能，必須構建一個物聯網網絡控制器。同時在應用層與智能農業(yè)系統(tǒng)的智能協同

10、控制器之間應具備友好的接口與界面；</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　物聯網作為信息產業(yè)的第三次浪潮,在農業(yè)中的應用將會解決一系列科學技術問題,例如分布在廣域空間的信息獲取,高效可靠的信息傳輸以及面向不同應用的智能決策等,將是實現傳統(tǒng)農業(yè)向現代農業(yè)轉變的助推器和加速器。農業(yè)生產過程中,溫度、濕度、光照強度、C02濃度、水分以及其他養(yǎng)分等多種

11、自然因素共同影響農作物的生長,傳統(tǒng)農業(yè)的管理方式遠遠沒有達到精細化管理的標準,只能算是粗放式管理,在這種管理方式下,通過人的感知能力管理上述環(huán)境參數,無法達到準確性要求,要實現現代農業(yè)的智能化管理,建立一個實用、可靠、可長期監(jiān)測的農業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)是非常必要的。因此,本文設計了基于物聯網的智能農業(yè)監(jiān)測系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠準確實時的獲取農作物生長的環(huán)境信息并對這些信息進行遠程監(jiān)測。論文首先詳細闡述物聯網和農業(yè)物聯網的內涵和體系結構、農業(yè)物聯網的

12、關鍵技術和未來發(fā)展。介紹了數據融合的相關概念,并提出了KDF算法用于系統(tǒng)對感知數據的處理。KDF算法是基于卡爾曼濾波的數據融合算法,能夠達到減少冗余信息、降低能量消耗以及消除干擾使獲得的感知數據更加準確的目的。其次,論文給出了系統(tǒng)的總體設計,并根據設計要求,以MSP430F5438微處理</p><p>　　關鍵詞：農業(yè)物聯網； 無線傳感器網絡； 數據融合； B/S架構</p><p>&

13、lt;b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The Internet of things as the third wave of information industry, its application in agriculture will solve the problem of a series of science and technology, such as di

14、stributed in wide area space information acquisition, high efficient and reliable information transmission, and geared to the needs of different applications of intelligent decision-making, etc., will is a booster to the

15、 transformation of traditional agriculture to modern agriculture and the accelerator. Agricultural production p</p><p>　　Keywords: Agricultural Internet of things; Wireless sensor network (WSN); Data fusion;

16、 B/S architecture</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1背景</b></p><p>　　農業(yè)是當今世界農業(yè)發(fā)展的趨勢，中國作為一個農業(yè)大國，對于精準農業(yè)的需求更為迫切，怎樣合理經濟地以少投入獲得多回報，這不僅是可持續(xù)發(fā)展的要求，更是社會進步的體現。農田的環(huán)境

17、監(jiān)測是支撐精準農業(yè)技術的關鍵，實時、方便、有效地采集農業(yè)環(huán)境參數是實現精準農業(yè)的重要基礎。</p><p>　　農業(yè)物聯網，即在大棚控制系統(tǒng)中，運用物聯網系統(tǒng)的溫度傳感器、濕度傳感器、PH值傳感器、光傳感器、CO2傳感器等設備，檢測環(huán)境中的溫度、相對濕度、PH值、光照強度、土壤養(yǎng)分、CO2濃度等物理量參數，通過各種儀器儀表實時顯示或作為自動控制的參變量參與到自動控制中，保證農作物有一個良好的、適宜的生長環(huán)境。遠程

18、控制的實現使技術人員在辦公室就能對多個大棚的環(huán)境進行監(jiān)測控制。采用無線網絡來測量獲得作物生長的最佳條件，可以為溫室精準調控提供科學依據，達到增產、改善品質、調節(jié)生長周期、提高經濟效益的目的。</p><p>　　隨著世界各國政府對物聯網行業(yè)的的政策傾斜和企業(yè)的大力支持和投入，物聯網產業(yè)被急速的催生，根據國內外的數據顯示，物聯網從1999年至今進行了極大的發(fā)展?jié)B透進每一個行業(yè)領域。可以預見到的是越來越多的行業(yè)領域以

19、及技術、應用會和物聯網產生交叉，向物聯方向轉變優(yōu)化已經成為了時代的發(fā)展方向，物聯網的發(fā)展，科技融合的加快。</p><p>　　農業(yè)物聯網：物聯網被世界公認為是繼計算機、互聯網與移動通信網之后的世界信息產業(yè)第三次浪潮。他是以感知為前提，實現人與人、人與物、物與物全面互聯的網絡。在這背后，則是在物體上植入各種微型芯片，用這些傳感器獲取物理世界的各種信息，再通過局部的無線網絡、互聯網、移動通信網等各種通信網路交互傳遞

20、，從而實現對世界的感知。</p><p>　　傳統(tǒng)農業(yè)，澆水、施肥、打藥，農民全憑經驗、靠感覺。如今，設施農業(yè)生產基地，看到的卻是另一番景象：瓜果蔬菜該不該澆水？施肥、打藥，怎樣保持精確的濃度？溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度，如何實行按需供給？一系列作物在不同生長周期曾被“模糊”處理的問題，都有信息化智能監(jiān)控系統(tǒng)實時定量“精確”把關，農民只需按個開關，做個選擇，或是完全聽“指令”，就能種好菜、養(yǎng)好花。</p

21、><p><b>　　1.2物聯網應用</b></p><p>　　農業(yè)物聯網一般應用是將大量的傳感器節(jié)點構成監(jiān)控網絡， 通過各種傳感器采集信息， 以幫助農民及時發(fā)現問題， 并且準確地確定發(fā)生問題的位置， 這樣農業(yè)將逐漸地從以人力為中心、依賴于孤立機械的生產模式轉向以信息和軟件為中心的生產模式，從而大量使用各種自動化、智能化、遠程控制的生產設備。</p>&

22、lt;p><b>　　（圖1.21）</b></p><p><b>　　實時監(jiān)測功能</b></p><p>　　通過傳感設備實時采集溫室（大棚）內的空氣溫度、空氣濕度、二氧化碳、光照、土壤水分、土壤溫度、棚外溫度與風速等數據；將數據通過移動通訊網絡傳輸給服務管理平臺，服務服管理平臺對數據進行分析處理。</p><p&

23、gt;<b>　　遠程控制功能</b></p><p>　　針對條件較好的大棚，安裝有電動卷簾，排風機，電動灌溉系統(tǒng)等機電設備，可實現遠程控制功能。農戶可通過手機或電腦登錄系統(tǒng)，控制溫室內的水閥、排風機、卷簾機的開關；也可設定好控制邏輯，系統(tǒng)會根據內外情況自動開啟或關閉卷簾機、水閥、風機等大棚機電設備。</p><p><b>　　查詢功能</b>

24、;</p><p>　　農戶使用手機或電腦登錄系統(tǒng)后，可以實時查詢溫室（大棚）內的各項環(huán)境參數、歷史溫濕度曲線、歷史機電設備操作記錄、歷史照片等信息； 登錄系統(tǒng)后，還可以查詢當地的農業(yè)政策、市場行情、供求信息、專家通告等，實現有針對性的綜合信息服務。</p><p><b>　　警告功能</b></p><p>　　警告功能需預先設定適合條件的

25、上限值和下限值，設定值可根據農作物種類、生長周期和季節(jié)的變化進行修改。 當某個數據超出限值時，系統(tǒng)立即將警告信息發(fā)送給相應的農戶，提示農戶及時采取措施。</p><p>　　農業(yè)物聯網區(qū)域試驗工程工作方案</p><p>　　為貫徹落實黨的十八大精神，切實促進工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化和農業(yè)現代化同步發(fā)展，充分利用現代信息技術改造傳統(tǒng)農業(yè)，不斷提高農業(yè)資源利用率和勞動生產率，推動農業(yè)發(fā)展向集約

26、型、規(guī)?；D變，提升農業(yè)現代化水平。農業(yè)部決定啟動農業(yè)物聯網區(qū)域試驗工程（下稱區(qū)試工程），選擇有一定工作基礎的天津、上海、安徽三省市率先開展試點試驗工作。為確保區(qū)試工程順利進行，制定如下方案。</p><p><b>　　1.3物聯網架構圖</b></p><p>　?。▓D1.31 物聯網架構整體框圖）</p><p>　　智能農業(yè)理念的內涵和

27、架構</p><p>　　目前以農業(yè)復雜大系統(tǒng)為基礎從大系統(tǒng)控制論和智能控制系統(tǒng)角度對智能農業(yè)的研究</p><p>　　已逐漸引起重視。從控制系統(tǒng)角度來闡述智能農業(yè)體系的應用層面，就是將各種技術集成在一起，將農業(yè)系統(tǒng)看成一個閉環(huán)的可控大系統(tǒng)，從更高的角度看農業(yè)系統(tǒng)的整體智能調控問</p><p>　　題?；诖笙到y(tǒng)控制理念的智能農業(yè)要具備的兩個要素：</p&

28、gt;<p>　　反饋控制。在該體系中，從信息給定、處理、核心調控，再到信號的采集、反饋都應該形成閉環(huán)； （2）自主控制。所謂自主控制包含三層含義：一是系統(tǒng)的控制核心具備自適應的調整能力； 二是系統(tǒng)的控制模型具備自學習和自整定能力；三是系統(tǒng)具備一定的自愈能力。</p><p>　　圖 1 是文獻一基于廣義智能化大系統(tǒng)控制論構建的多級遞階型智能農業(yè)體系模型。在這個大系統(tǒng)中，分別對農業(yè)系統(tǒng)的產前、產中和

29、產后的各個環(huán)節(jié)構建各自的農業(yè)子系統(tǒng)，并設計了系統(tǒng)的三個級別。而各個子系統(tǒng)均受各自的局部協同控制器的智能調控， 同時應用多目標優(yōu)化等智能手段做系統(tǒng)自適應尋優(yōu)。 而處于該系統(tǒng)宏觀級的協調控制器則通過觀測遞階和遞階信息流，借助于 Internet 網絡將智能決策全局優(yōu)化作為給定去約束各個局部協同控制器，從而達到整體系統(tǒng)的智能化和管控高效、合理化。</p><p>　　（圖 2.1 基于廣義智能化大系統(tǒng)控制論構建的多級遞

30、階智能農業(yè)體系模型）</p><p>　　在這個遞階型智能農業(yè)大系統(tǒng)中， 微觀級包含了農業(yè)系統(tǒng)最底層（現場層） 的所有系統(tǒng)、是大系統(tǒng)的最終控制對象和信息采集對象，故由大量的傳感器組成的農業(yè)傳感網、以及由此而進化的橫向的物-物相關聯的物聯網應該處于這個層面?？梢钥闯?，這些底層網絡為實現智能農業(yè)大系統(tǒng)的整體最優(yōu)調控起到了非常重要的管理信號、控制信號載體的作用。</p><p><b>

31、;　?。▓D2.2）</b></p><p>　　對物聯網與農業(yè)物聯網的認識</p><p><b>　　3.1物聯網的定義</b></p><p>　　一個無可爭辯的事實是：到目前為止，對物聯網還沒有統(tǒng)一的定義。 比較權威的解釋是文獻四給出的如下 4 種定義：</p><p>　?。?） 定義 1：把所有物

32、品通過射頻識別（radio Frequency Identification, RFID）和條碼等信息傳感設備與互聯網連接起來，實現智能化識別和管理。</p><p>　　該概念最早是在 1999 年由麻省理工學院的 Auto-ID 研究中心提出，實質上等于 RFID</p><p>　　技術與互聯網的結合應用；</p><p>　　（2） 定義 2：由具有標識、

33、虛擬個性的物體或對象所組成的網絡，這些標識和個性信息智能空間使用智能的接口與用戶、社會和環(huán)境進行通信。</p><p>　　這個定義出自歐洲智能系統(tǒng)集成技術平臺在 2008 年 5 月 27 日發(fā)布的題為《Internet of things in 2020》的報告。該報告認為 RFID 和相關的識別技術是未來物聯網的基石，因此它更側重于 RFID 的應用及物體的信息智能化；</p><p&g

34、t;　?。?） 定義 3：物聯網是以感知為目的的，實現人與人、人與物、物與物全面互聯的網絡。其突出特征是通過各種感知方式來獲取物理世界的各種信息，結合互聯網、移動通</p><p>　　訊網等進行信息的傳遞與交互，再采用智能計算技術隊信息進行分析處理，從而提升人們對物質世界的感知能力，實現智能化的決策和控制。這個概念出自我國工業(yè)和信息化部和江蘇省聯合向國務院上報的《關于支持無錫建設國家傳感器創(chuàng)新示范區(qū)（國家傳感

35、網信息中心）情況的報告》 ；</p><p>　?。?） 定義 4：物聯網是一個動態(tài)的全球網絡基礎設施，它具有基于標準和互操作通信協議的自組織能力，其中物理的和虛擬的“物”具有身份標識、物理屬性、虛擬的特</p><p>　　性和智能的借口，并與信息網絡無縫整合。這個概念來源于歐盟第 7 框架下 RFID 和物聯網研究項目組在 2009 年 9 月 15 日發(fā)布的研究報告。該項目組的主要

36、研究目的是便于歐洲內部不同 RFID 的物聯網項目之間的組網。</p><p>　　定義 1 和 2 主要強調物聯網對物體對象識別的特點；定義 3 強調物聯網感知實現物理世界的特點；定義 4 則說明物聯網本身是一個全球性的基礎網絡設施。 但無論何種定義，行業(yè)公認的物聯網的基本功能有三個：感知、傳輸和應用，這也是物聯網的三個基本層面。圖 2所示為物聯網體系結構示意圖。</p><p>　　（

37、圖 3.11 物聯網體系架構）</p><p>　　3.2 物聯網的短板</p><p>　　基于以上的分析，可以得出結論：</p><p>　　物聯網是基于 RFID 發(fā)展而來的一種網絡，其最明顯的優(yōu)勢是在對對象的檢測和識別、 以及構成了一定的信息通道，也即在于它的感知層和傳輸層面上；</p><p>　?。?）物聯網的應用層面僅僅是對采

38、集來的數據進行分析、 處理，還不具備智能控制中的推理、 演算和發(fā)出調控指令的能力；</p><p>　?。?）物聯網可能具有對采集來的數據進行一定的調節(jié)能力，但沒有對控制對象的控制、調節(jié)能力，因為該網絡中沒有所說的“控制系統(tǒng)的大腦”； </p><p>　　（4）從控制系統(tǒng)角度看，物聯網中的信息流是自下（感知層）向上（應用層）的單向傳輸的； </p><p>　?。?/p>

39、5）單靠物聯網根本不可能完成一個系統(tǒng)的智能的、自動的調控， 所以最終它解決不了系統(tǒng)實現控制目標的問題。 </p><p>　　故此，我們認為：針對一個控制系統(tǒng)、以及要實現對目標進行有效的調控而言，物聯網</p><p>　　的這些特點是它自身的短板！ 據此，我們把物聯網只能看成一個控制系統(tǒng)的反饋檢測通道是</p><p>　　謂恰當的。如圖 3 所示。</p&

40、gt;<p>　?。▓D 3.21物聯網在控制系統(tǒng)的位置示意）</p><p>　　3.3 對農業(yè)物聯網的認識</p><p>　　將物聯網技術應用到農業(yè)系統(tǒng)、特別是農業(yè)現場級的信號檢測與傳輸中，便構成了農業(yè)</p><p>　　物聯網的基本框架。 目前所有論述物聯網在農業(yè)領域的應用無外乎是給出了幾個在農業(yè)檢測</p><p>

41、　　中的應用例子，如葡萄設施栽培生態(tài)無線傳感和滴灌智能控制系統(tǒng)例子、 蔬菜智能培育控</p><p>　　制系統(tǒng)例子、 林業(yè)病蟲害與防火預警系統(tǒng)例子、 物聯網技術在區(qū)域農田土壤墑情監(jiān)測應</p><p>　　用例子等。我們認為這些都僅僅涉及到傳感器如何在農業(yè)系統(tǒng)的應用、以及如何構建檢測</p><p>　　傳輸網絡問題，還沒有涉及到對農業(yè)被控對象如何進行智能的、自動

42、調控的問題。也因此，</p><p>　　我們認為這樣的例子僅僅說明：利用物聯網的概念，解決了檢測與信息傳輸的事情。 那么這</p><p>　　樣的農業(yè)物聯網無疑是初級的、和不成熟的，還沒有上升到物聯網的高層面上，如物-物相</p><p><b>　　連！</b></p><p>　　那么，如何按照物聯網的定義構建一

43、個適合智能農業(yè)大系統(tǒng)控制要求的農業(yè)物聯網則是</p><p>　　一個值得重視的問題。</p><p>　　首先要明確的是：網絡是信息的載體，而不是控制系統(tǒng)的全部。物聯網也好、傳感網也</p><p>　　罷，要看它為誰服務。 基于農業(yè)系統(tǒng)的低成本和實用性、通用性、一網多用等要求，我們應</p><p>　　該將農業(yè)物聯網的功能進行擴展?？紤]

44、到與農業(yè)大系統(tǒng)控制系統(tǒng)相融合， 這里我們提出將農</p><p>　　業(yè)物聯網技術應該向如下幾方面拓展的建議：</p><p>　?。?） 不僅將其設計為控制系統(tǒng)的檢測、反饋通道，還要利用這個信道完成控制信息的前</p><p>　　向傳輸任務，即控制、調控任務；因此農業(yè)物聯網必須具備信號的雙向流動能力；</p><p>　　（2） 留有

45、一定的帶寬；</p><p>　?。?） 網絡堅強、穩(wěn)定；</p><p>　?。?） 組網成本低，網絡節(jié)點低功耗；</p><p>　?。?） 開發(fā)農業(yè)物聯網網絡控制器，并具備與任何傳感器和執(zhí)行器有即插即用的兼容接口；</p><p>　　以上考慮的出發(fā)點是建立在目前暫時無需在農業(yè)領域實現物-物、人-物相聯的功能，因為這些功能的實現勢

46、必需要農業(yè)控制系統(tǒng)成為無主控制系統(tǒng)——即控制系統(tǒng)中的各個節(jié)點誰都可以成為控制核心。而這些功能顯然在目前農業(yè)控制領域中還不適用。</p><p><b>　　第四章 傳感層</b></p><p><b>　　4.1傳感層設計 </b></p><p>　　基于物聯網技術的精準農業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設計節(jié)點是組成基于物聯網技

47、術的精準農業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的基本單位，包括傳感節(jié)點和網關節(jié)點。傳感節(jié)點是監(jiān)測系統(tǒng)傳感層的基本組成單元，網關節(jié)點則是網絡層的硬件基礎，它們的硬件設計對整個系統(tǒng)的功能、性能都至關重要。本文分別對傳感節(jié)點和網關節(jié)點進行了硬件設計。</p><p><b>　　4.2傳感節(jié)點設計</b></p><p>　　傳感節(jié)點通過傳感器部分采集農情信息，經由處理單元進行簡單轉換、處理，由

48、無線收發(fā)模塊傳給上級節(jié)點。結合其功能特點．傳感節(jié)點的結構框如圖2示。傳感節(jié)點的微處理器單元和無線傳輸單元采用CHIPCON公司的CC2430芯片，它是一款基于ZigBee協議，集成了80C51內核處理器的芯片和zigBee無線收發(fā)模塊，是一種比較成熟的無線傳感器節(jié)點解決方案。</p><p>　?。▓D4.21 傳感器節(jié)點結構示意圖）</p><p>　　本系統(tǒng)中濕度、溫度測量采用TDR一3

49、A型土壤溫濕度傳感器，該傳感器集溫度和濕度測量于一體，具有密封、防水、精度高的特征，是測量土壤溫濕度的理想儀器。光強測量采用推出的第二代光強數字轉換芯片TSL2561，它可直接通過12C總線協議由微控制器訪問，微控制器則通過對其內部的16個寄存器的讀寫來實現對TSL2561的控制。光纖pH值傳感器用于測量土壤pH值，基于pH值的變化將導致光纖傳感探頭中光頻譜特性變化這一原理，經放大電路秭A／D轉換器能得到數字輸出，然而這種方法的缺點是在

50、土壤干燥時誤差較大。</p><p>　　此外，外部時鐘電路用于控制整個系統(tǒng)的運行頻率；串行通信接口作為程序調試和下載接口；復位電路用來恢復系統(tǒng)死機或程序跑飛等意外情況；電源模塊負責整個節(jié)點的能量供應。</p><p><b>　　4.3網關節(jié)點設計</b></p><p>　　網關節(jié)點兼具匯聚節(jié)點和網關的功能，一方面收集無線傳感器網絡發(fā)來的農

51、情信息，另一方面將這些信息經過初步的處理，通過無線收發(fā)模塊(如GPRS模塊、3G模塊等)以及3G網和GPRS網與互聯網進行數據的交換，通過互聯網，網關可以發(fā)送農情信息到遠程監(jiān)測中心并且接收遠程監(jiān)測中心發(fā)來的命令。具體結構框如圖3所示。</p><p>　?。▓D4.31 網關節(jié)點結構示意圖）</p><p>　　因網關節(jié)點的數據處理工作任務繁重，對資源需求較高，而且要求成熟的網絡協議支持，故

52、采用三星公司的ARM9處理器$3C2410。該處理器采用0．18仙m制造_I藝的32位微控制器，擁有獨立的16 KB指令Cache和16 KB數據Cache，MMU，支持TFr的LCD控制器，NAND閃存控制器，3路UART，4路DMA，4路帶PWM的Timer，I／O口，RTC，8路10位ADC，Touch Screen接口，IIC—BUS接口，IIS—BUS接口，2個USB主機，1個USB設備，sD主機和MMC接口，2路SPI，最高

53、可運行在203 MHz。</p><p><b>　?。▓D4.32）</b></p><p>　　網關節(jié)點通過CC2430接收傳感節(jié)點采集到的農情信息，并發(fā)送控制信息。通過GPRS網絡并入互聯網，實現與遠程監(jiān)測中心的通信。本系統(tǒng)中GPRS模塊采用SIM5218，它支持下行速率達7．2Mbps和上行速率為5。76 Mbps的數據傳輸服務，同時還具有豐富的接口包括UART

54、、USB2．0、GPIO、12C、GPIO、GPS、攝像頭傳感器和內嵌SIM卡等。如需傳輸圖像，音頻等信息，則采用3G模塊傳輸，選用芯訊通無線科技(上海)有限公司研發(fā)的3G無線傳輸芯片：TD—SCDMA Module系列中的SIM4200。</p><p>　　此外，RS485總線接口用于必要時與本地監(jiān)測端的通信。JrI'AG調試接口和串行調試接口主要負責程序的燒寫、調試，FLASH用于掉電下的程序數據存

55、儲，SRAM主要用于在線的仿真，電源單元負責整個過程的能量供應。</p><p><b>　　第五章 傳輸層</b></p><p>　　5.1傳輸層系統(tǒng)設計</p><p>　　農業(yè)傳感器網絡的建立有幾種模式或模式組合，可以通過射頻技術自組網絡，中國移動電信網（GPRS，GSM，3G）和互聯網，實現信息的短距和長距離的傳輸。</p>

56、;<p>　?。▓D5.11 傳感網絡） 模式一、無線傳感網絡（WSN）是以無線通信方式形成的一個自組織多跳的網絡系統(tǒng)，有部署在檢測區(qū)域內大量的傳感器節(jié)點組成，負責感知、采集和處理網絡覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息，并發(fā)給觀察者。在短距離無線通信技術中，藍牙、Wi-Fi、超寬帶及ZigBee技術均能應用WSN， 其中，ZigBee技術是基于IEEE802.15.4標準的關于無線組網、安全和應用等方面的技術標準，被廣泛應用

57、在無線傳感網絡的組件中。 模式二、農業(yè)移動互聯網是指移動終端（如手機、筆記本及農業(yè)物聯網專用設備）通過移動通信網絡訪問互聯網，并使用農業(yè)互聯網業(yè)務。由于農村的移動通信普及率要遠遠超過計算機的普及率，移動通信和互聯網二者的深度完美融合，是農業(yè)信息傳輸的重要發(fā)展方向。農業(yè)移動通信技術主要包括GSM，GPRS，3G技術以及未來的4G通信技術。</p><p><b>　　5.2目標設計</b>

58、;</p><p>　　物聯網農業(yè)系統(tǒng)在傳輸上采取不同的網絡方式。近距離通訊采用RS485傳輸方式和Zigbee傳輸模式,遠距離傳輸采用3G無線網絡傳輸方式。無線傳感網絡WSN(Wireless Sensor Network)是融合了分布式信息處理技術,傳感器技術,嵌入式計算機技術和無線傳輸技術,它能夠互相協作的實事感知,監(jiān)測環(huán)境和對象的信息,并對信息進行計算和分析,在運送到需要這些信息的用戶。</p>

59、;<p>　?。▓D5.21診斷監(jiān)控管理平臺）</p><p>　　WSN(無線傳感網絡)由許多傳感器節(jié)點組成。每一個傳感器由數據處理裝置,數據采集裝置(A/D轉換器,傳感器)和控制模塊(存儲器,MCU),通信裝置(無線收發(fā)器)和供電裝置等組成,如下圖1所示。每個節(jié)點在網絡中可以充當數據中轉點或類頭節(jié)點(Cluster Head Node)的節(jié)點應用。作為數據采集裝置,數據采集裝置采集周圍環(huán)境的數據信

60、息(光照強度和濕度等)。傳感器網絡節(jié)點框圖通過路由協議將數據傳給遠方的基站(Base station);作為數據中轉,節(jié)點除了完成數據采集,還要收發(fā)力矩節(jié)點的數據,然后再將其發(fā)送到更近的節(jié)點或基站;類頭節(jié)點負責采集該范圍內所有節(jié)點的數據,經過匯合發(fā)送到匯節(jié)點或基站。</p><p><b>　　第六章 應用層</b></p><p><b>　　6.1系統(tǒng)設

61、計</b></p><p>　　目標設計內容主要包含：ZigBee協議棧，GPRs，3G協議棧的程序編寫以及傳感節(jié)點和網關節(jié)點的軟件設計。基于ZigBee技術GPRS／3G技術已較為成熟，本系統(tǒng)采用現成的協議棧程序，而主要工作重心放在傳感節(jié)點和網關節(jié)點的軟件設計上。又由于傳感節(jié)點和網關節(jié)點的功能特點，工作任務有所差異，因此分開討論。</p><p><b>　?。▓D6

62、.11）</b></p><p>　　6.2傳感節(jié)點的主程序設計</p><p>　　傳感節(jié)點相當于網關節(jié)點的子節(jié)點，自組織式聯網，是物聯網傳感層中的基層環(huán)節(jié)，直接與物聯網的目標測量相關聯，將農情信息轉換為有效的開關量進行傳遞，主要工作有：等待網關節(jié)點喚醒、采集農情信息、發(fā)送數據、進入休眠等，具體工作流程如圖4所示。</p><p>　　傳感節(jié)點通常情況

63、下處于休眠模式，當接收到上級節(jié)點的命令被喚醒后，便馬上發(fā)送請求加入網絡，等待網關節(jié)點的應答成功加入網絡后，開始進行農情信息如土壤溫濕度、光強、pH值等的采集并傳輸給命令發(fā)送端節(jié)點，上級節(jié)點發(fā)送應答位，確定接收成功后，傳感節(jié)點又轉入休眠狀態(tài)，這樣循環(huán)往復。</p><p>　　6.3網關節(jié)點的主程序設計</p><p>　　網關節(jié)點主要負責建立并管理網絡，允許或拒絕任何一個傳感節(jié)點入網，并將

64、各傳感節(jié)點的數據收集發(fā)送至互聯網，監(jiān)控端通過互聯網進行數據的讀取、記錄。網關節(jié)點一直在T作狀態(tài)，不會休眠。它的工作過程一般分為：等待監(jiān)測命令，建立網絡，加入節(jié)點，等待數據信息，發(fā)送數據。網關節(jié)點的具體工作流程如圖5所示。</p><p>　?。▓D6.31 工作流程）</p><p>　　在建立網絡時，網關節(jié)點會不斷地搜索空的信道，如果搜索到某一信道，被另一網關節(jié)點占用，則重新搜索，直到搜到

65、空信道，其立即做相應標識，準備建立自己的網絡。當一個傳感節(jié)點要求加入網絡時，它會發(fā)送請求，網關節(jié)點根據自己的資源需求決定是否加入傳感節(jié)點，如果選擇加入此節(jié)點，則給它分配一個網絡地址，構成新網絡。同時傳達監(jiān)測命令給下級節(jié)點，等待接收數據，接收成功后發(fā)送至遠程檢測端和本地監(jiān)測站。</p><p>　　第七章 智能協同控制器與農業(yè)物聯網應用層的接口</p><p>　　在本文論述的智能農業(yè)大系統(tǒng)

66、中，其控制性能一般體現在農業(yè)資源的協調配置、能耗約</p><p>　　束和產出優(yōu)化的調控方面上，故智能協同控制器是至關重要的環(huán)節(jié)，也是智能控制的一種體</p><p>　　現。 那么智能協同控制器如何與農業(yè)物聯網有良好的接口則又是一個關鍵環(huán)節(jié)。 基于上述農業(yè)物聯網的拓展結構，我們不妨按照如圖 7.11所示的體系來研究接口問題。</p><p>　?。▓D7.11 智

67、能協同控制器與農業(yè)物聯網的接口示意）</p><p>　　圖中所示，農業(yè)物聯網的網絡控制器起著承上啟下的關鍵作用，而其具備怎樣的接口將是至關重要的。這里按照物聯網的一般定義， 我們設計了農業(yè)物聯網網絡控制器的結構如圖7.12 所示。</p><p>　　(圖7.12 物聯網網絡控制器架構)</p><p>　　在這個架構中，我們設計的農業(yè)物聯網應具備四層功能：感知層

68、、傳輸層、處理層和應</p><p>　　用層。而網絡控制器融合了處理層和應用層的內容，并在 I/O 界面設計了接口 A 和接口 B。</p><p>　　接口 A 用于農業(yè)領域傳感器的即插即用，比如常用的 RS232、RS485 等，而接口 B 則用于網絡外部拓撲傳輸接口，如以太 TCP/IP 等，這里定義為與智能農業(yè)協同控制器的接口。對于網絡控制器的設計要求建議具備如下功能：</

69、p><p>　?。?） 融合以太網（Ethernet） 、并基于 TCP/IP 通訊標準的接口 因為目前工業(yè)控制領域的控制網絡,無論是有線的、還是無線的已經向用以太網絡取代各種現場總線的方向發(fā)展，并大量兼容 TCP/IP 標準。因此今后絕大部分傳感器的網絡接口都具備基于 TCP/IP 協議的以太網接口；</p><p>　　（2） 具備路由器（Hub）功能，并含有網關 這是作為數據雙向傳輸

70、的一般要求而設計的；</p><p>　?。?） 具備數據處理和數據融合功能 這里我們定義其具備數據融合能力是基于將有用的、關聯信息在此就地進行融合處理，然后將結果發(fā)往上位智能協同控制器，其可以極大地避免遠程數據傳出的數據丟失、和海量數據導致數據通道擁塞問題發(fā)生，又可以減輕智能協同控制器的在線運算負擔；</p><p>　?。?） 具備數據暫存能力和防火墻 有些時候的網絡數據傳輸是需要

71、等待的，故有必要配置暫存器；</p><p>　?。?） 報警及熱備份 作為一個具備網絡控制功能及數據傳輸、和調節(jié)的關鍵環(huán)節(jié)，其故障報警及控制備份處理是必備的措施；為了實現智能農業(yè)大系統(tǒng)的有效控制，這里還要求農業(yè)物聯網的感知層具備數據分解和數據鎖存及放大驅動能力，最后通過此通道驅動通用執(zhí)行器完成系統(tǒng)的控制和調節(jié)動作。</p><p>　　第八章 物聯網的應用</p><

72、;p><b>　　8.1區(qū)域試驗工程</b></p><p>　　當前，我國農業(yè)現代化進程明顯加快，但也面臨著資源、環(huán)境與市場的多重約束，保障糧食安全、食品安全、生態(tài)安全的壓力依然存在，確保農民穩(wěn)定增收的任務越來越重。實施區(qū)試工程，對于探索農業(yè)物聯網理論研究、系統(tǒng)集成、重點領域、發(fā)展模式及推進路徑，提高農業(yè)物聯網理論及應用水平，促進農業(yè)生產方式轉變、農民增收有重要意義。</p&g

73、t;<p><b>　?。▓D8.11）</b></p><p>　　（一）實施區(qū)試工程，有利于把握物聯網等信息技術的特點及在農業(yè)領域的應用規(guī)律，探索形成農業(yè)物聯網發(fā)展模式。信息技術是新生事物，是多學科技術的集成，兼具系統(tǒng)性和整體性。農業(yè)是個古老產業(yè)，兼具地域性、季節(jié)性和多樣性，這就決定了信息技術改造傳統(tǒng)農業(yè)的復雜性和艱巨性。實施區(qū)試工程，研究物聯網技術在不同產品、不同領域的集成

74、、組裝模式和技術實現路徑，逐步構建農業(yè)物聯網應用模式，促進農業(yè)物聯網基礎理論研究、適用技術和產品研發(fā)，探索構建國家農業(yè)物聯網標準框架體系及相關公共服務平臺，將為推動農業(yè)物聯網產業(yè)大發(fā)展奠定堅實基礎。</p><p>　　實施區(qū)試工程，有利于積累農業(yè)物聯網應用經驗，促進農業(yè)物聯網科學發(fā)展。目前，我國農業(yè)物聯網應用尚處于嘗試性起步階段，整體應用水平和建設規(guī)模明顯落后于電力、醫(yī)療、環(huán)保等其它行業(yè)。各地農業(yè)物聯網應用示范

75、基本呈各自為戰(zhàn)、散兵游勇式發(fā)展，點多面廣，嚴重缺乏頂層設計，為示范而示范的現象較普遍，重復投入問題較突出，可持續(xù)發(fā)展商業(yè)模式較少。實施區(qū)試工程，有利于逐步理清發(fā)展思路、明確發(fā)展方向和重點，為全面、整體、系統(tǒng)推進農業(yè)物聯網積累經驗。</p><p><b>　?。▓D8.12）　</b></p><p>　?。ㄈ嵤﹨^(qū)試工程，有利于調動地方農業(yè)部門積極性，整合各方力量共

76、同推進農業(yè)物聯網應用。雖然一些地方農業(yè)部門發(fā)展農業(yè)物聯網的積極性較高，但由于缺乏穩(wěn)定投入，系統(tǒng)推動的后勁明顯不足，一定程度上影響了農業(yè)物聯網效果發(fā)揮和長遠發(fā)展。實施區(qū)試工程，不僅有利于調動地方農業(yè)部門積極性，更重要的是通過政府工程項目的示范、引導和帶動，能夠促進社會各方資源整合、形成合力，共同推進農業(yè)物聯網發(fā)展。</p><p><b>　?。▓D8.13）</b></p>&l

77、t;p>　　8.2目標和重點任務</p><p><b>　　工程目標。</b></p><p>　　開展農業(yè)物聯網應用理論研究，探索農業(yè)物聯網應用主攻方向、重點領域、發(fā)展模式及推進路徑；開展農業(yè)物聯網技術研發(fā)與系統(tǒng)集成，構建農業(yè)物聯網應用技術、標準、政策體系；構建農業(yè)物聯網公共服務平臺；建立中央與地方、政府與市場、產學研和多部門協同推進的創(chuàng)新機制和可持續(xù)發(fā)展的

78、商業(yè)模式；適時開展成功經驗模式的推廣應用。</p><p><b>　　（圖8.21）　　</b></p><p><b>　　總體思路。</b></p><p>　　按照“統(tǒng)一規(guī)劃、系統(tǒng)設計、領域側重、統(tǒng)分結合、整體推進、跨越發(fā)展”的總體思路組織實施。遵從“先集中規(guī)劃后分區(qū)試驗，先集中建平臺后組裝集成，先試點試驗、積累經

79、驗后推廣應用”的指導思想分步推進實施。在系統(tǒng)規(guī)劃設計的同時，支持天津、上海和安徽根據各自經濟、社會及農業(yè)發(fā)展水平和產業(yè)特點，分別以設施農業(yè)與水產養(yǎng)殖、農產品質量安全全程監(jiān)控和農業(yè)電子商務推進、大田糧食作物生產監(jiān)測為重點領域開展試驗示范，力圖探索形成農業(yè)物聯網可看、可用、可持續(xù)的推廣應用模式，逐步構建農業(yè)物聯網理論體系、技術體系、應用體系、標準體系、組織體系、制度體系和政策體系，并在全國范圍內分區(qū)分階段推廣應用?！　。ㄈ┲攸c任務　　

80、一是研究和部署農業(yè)物聯網公共服務平臺。面向農業(yè)物聯網重大行業(yè)應用，重點突破多源信息融合、海量信息分布式管理、智能信息服務等關鍵技術，構建農業(yè)物聯網公共服務平臺，開展面向農業(yè)資源規(guī)劃與管理、生產過程精準管理、農產品質量安全溯源等領域的共性的服務。</p><p>　?。▓D8.22）　　</p><p>　　二是研究和制定一批農業(yè)物聯網應用行業(yè)標準。聯合產學研用單位，研究和編制農業(yè)領域條形碼

81、（一維碼、二維碼）、電子標簽（RFID）等的使用規(guī)范，制修訂一批農業(yè)物聯網傳感器及傳感節(jié)點、數據采集、應用軟件接口、服務對象注冊以及面向大田、設施農業(yè)、農產品質量安全監(jiān)管應用等方面標準。　　三是中試和熟化一批農業(yè)物聯網關鍵技術和裝備。圍繞區(qū)域主導產業(yè)，重點中試和熟化動植物環(huán)境（土壤、水、大氣）、生命信息（生長、發(fā)育、營養(yǎng)、病變、脅迫等）傳感器，研制成熟度、營養(yǎng)組分、形態(tài)、有害物殘留、產品包裝標識等傳感器，開展農業(yè)物聯網技術和裝備的系統(tǒng)

82、引進和自主研發(fā)，加強動植物生長過程數字化監(jiān)測手段、模型研究，突破農業(yè)物聯網的核心技術和關鍵技術?！　∷氖切纬梢慌赏茝V的技術應用模式。針對設施農業(yè)與水產養(yǎng)殖、農產品質量安全、農業(yè)電子商務、大田糧食作物生產等的監(jiān)測監(jiān)控，分別研發(fā)系列專用傳感、傳輸、控制等設備，開發(fā)相應的軟件和管理信息系統(tǒng)，從而構建全程技術體系及可持續(xù)發(fā)展機制。　　五是培育農業(yè)物聯網產業(yè)。按照引進消化吸收再創(chuàng)新的思路，圍繞農業(yè)物聯網的感知識別、數據傳輸、數據處理、智能控

83、制和信息服務等環(huán)節(jié)，積極引導和推進農</p><p><b>　?。▓D8.23）</b></p><p>　　六是強化政策措施研究?？偨Y區(qū)試工程經驗，研究提出促進農業(yè)物聯網應用推廣的政策建議，積極推動相關政策措施出臺，營造農業(yè)物聯網發(fā)展的良好環(huán)境。</p><p><b>　　8.3試驗布局</b></p>

84、<p>　　圍繞天津、上海和安徽農業(yè)特色產業(yè)和重點領域，統(tǒng)籌考慮行業(yè)及產業(yè)鏈布局，逐步實現物聯網技術在農業(yè)全產業(yè)鏈的滲透和試點省市的整體推進?！　。ㄒ唬┨旖蛟O施農業(yè)與水產養(yǎng)殖物聯網試驗區(qū)　　天津毗鄰北京，經濟和交通條件好，區(qū)位優(yōu)勢明顯。設施農業(yè)發(fā)達，目前擁有高標準設施農業(yè)面積60萬畝，水產養(yǎng)殖面積62萬畝，規(guī)?；a養(yǎng)殖小區(qū)55個，蔬菜和水產品自給率高。試驗重點是在現代農業(yè)示范基地、龍頭企業(yè)、農民專業(yè)合作社和水產養(yǎng)殖小區(qū)等

85、開展設施農業(yè)與水產養(yǎng)殖物聯網技術應用示范，探索不同種類農產品、不同類型農業(yè)生產經營主體農業(yè)物聯網應用模式；開展農產品批發(fā)市場物流信息化管理，探索利用信息技術構建新型農產品流通格局，有效減少交易環(huán)節(jié)，提高交易效率?！　∫皇窃O施農業(yè)與水產養(yǎng)殖環(huán)境信息采集技術產品集成應用。選擇現代農業(yè)示范基地、龍頭企業(yè)、農民專業(yè)合作社和水產養(yǎng)殖小區(qū)，探索不同種類農產品、不同類型農業(yè)生產經營主體農業(yè)物聯網技術應用模式及可持續(xù)商業(yè)模式?！　《窃O施農業(yè)生命信

86、息感知技術引進與創(chuàng)新。積極引進消化吸收國外先進的作物生命信息感知技術和設備，實現農作物徑流、葉面溫度、蒸騰量等作物關鍵生理生態(tài)信息在線獲取，實</p><p><b>　?。▓D8.31）</b></p><p>　　三是設施蔬菜病蟲害和水產病害特征信息提取與預警防控。融合設施環(huán)境、視頻、動植物生命感知信息，引進創(chuàng)新設施農業(yè)病蟲害和水產主要病害特征信息提取技術，實現設施

87、農業(yè)主要作物的重點病蟲害和水產主要病害信息實時提取與預警、事前防治與控制?！　∷氖翘剿髟O施農業(yè)物聯網應用平臺與服務模式。集成現有農業(yè)信息服務系統(tǒng)，構建設施農業(yè)物聯網集成應用服務平臺，面向農業(yè)主管部門、生產基地、農民專業(yè)合作社、基層農技人員、農戶等提供多渠道、內容豐富的設施農業(yè)與水產養(yǎng)殖物聯網應用服務；總結形成可持續(xù)、可推廣的設施農業(yè)與水產養(yǎng)殖物聯網應用服務模式?！　∥迨寝r產品交易流通平臺。以天津韓家墅海吉星農產品批發(fā)市場為主體，綜合

88、利用物聯網等現代信息技術，開展農產品質量追溯，實現物流、配送、倉儲高效管理，并依托深圳農產品股份有限公司分布在全國的26個農產品批發(fā)市場，探索構建“產地裝車、銷地卸車、網上交易撮合、單品種全國互聯互通”的新型農產品流通格局?！　。ǘ┥虾＾r產品質量安全監(jiān)管試驗區(qū)　　上海是國際化大都市，農產品主要依靠外阜輸入，保證農產品質量安全是一項重大民生工程，探索應用物聯網技術開展農產品質量安全監(jiān)管試驗，對確保大</p><p

89、><b>　　（圖8.32）</b></p><p>　　務平臺，實現對農產品生產、流通等環(huán)節(jié)全過程智能化監(jiān)控，有效追溯農產品生產、運輸、儲存、消費全過程信息?！　?lt;/p><p>　　一是建設農產品安全生產管理物聯網系統(tǒng)。集成無線傳感器網絡，研究生產環(huán)境信息實時在線采集技術，研究生產履歷信息現場快速采集技術，開發(fā)農產品安全生產管理物聯網系統(tǒng)，實現產前提示、產中

90、預警和產后反饋?！　《墙ㄔO農業(yè)投入品監(jiān)管物聯網系統(tǒng)。在農業(yè)生產環(huán)節(jié)，建立水稻、綠葉菜等農產品田間操作電子化檔案，對農業(yè)投入品進行規(guī)范管理，做到來源清楚，領用清晰，用量明確。　　三是農產品冷鏈物流物聯網技術引進與創(chuàng)新。引進、消化國外農業(yè)物聯網先進技術，在消化吸收相關技術基礎上，研制集多種傳感器、車輛定位、無線傳輸于一體的冷鏈物流過程監(jiān)測設備，力爭在穩(wěn)定性、可靠性、低成本和低能耗方面有進展。開發(fā)農產品冷鏈物流過程監(jiān)測與預警系統(tǒng)，實現基

91、于物流過程的實時化監(jiān)測與智能化決策?！　∷氖寝r產品全程質量安全監(jiān)管物聯網應用平臺構建與服務模式創(chuàng)新。構建農產品質量安全監(jiān)管綜合數據庫，開發(fā)農產品質量安全監(jiān)管物聯網應用平臺，提供從農田到餐桌為主線的物聯網綜合應用服務，實現以追溯為核心的多方式溯源服務。培育農業(yè)物聯網應用示范基地、示范企業(yè)與工程技術研究中心。積極探索商業(yè)化服務模式?！　∥迨寝r產品電子商務平臺應用示范。以農產品電子</p><p><b>

92、;　?。▓D8.33）</b></p><p>　　四是構建集成于12316平臺的大田生產信息綜合服務平臺。以12316平臺為基礎，集成現有信息資源和各類專業(yè)服務系統(tǒng)，構建大田生產信息綜合服務平臺，為農情監(jiān)測、生產決策、農產品質量安全管理、農機調度、市場監(jiān)測預警等農業(yè)生產經營活動提供全方位的信息服務?！　∥迨谴筇锷a物聯網技術應用示范區(qū)建設。在小麥、水稻等主產縣（市、區(qū)）建設大田生產物聯網技術應用示范

93、區(qū)，開展“四情”監(jiān)測預警、農業(yè)生產管理、農機作業(yè)調度等物聯網技術應用示范，探索物聯網在大田作物生產上的技術應用模式和機制?！　×翘剿鬓r業(yè)物聯網應用模式。在設施蔬菜、畜牧、漁業(yè)、茶葉、水果等產業(yè)，依托國家級、省級現代農業(yè)示范區(qū)、龍頭企業(yè)，省級農民專業(yè)合作社示范社和規(guī)模種養(yǎng)殖場開展農業(yè)物聯網應用試點，探索適合不同種類農產品、不同類型農業(yè)生產經營主體的農業(yè)物聯網應用模式。</p><p><b>　　8.

94、4條件保障</b></p><p>　?。ㄒ唬┘訌娊M織領導。為有序、高效推進區(qū)試工程任務，必須建立強有力的組織保障。區(qū)試工作由農業(yè)部農業(yè)信息化領導小組統(tǒng)一領導，組建區(qū)試工程技術專家組，由國家有關科研、教育系統(tǒng)的專家參與，負責研究制定區(qū)試工程總體技術解決方案，指導區(qū)試工程建設，研究和突破關鍵技術，制定農業(yè)物聯網相關標準等。試點省市要成立以分管省市領導為組長、農業(yè)部門主要負責同志為副組長、涉農部門為成員的

95、領導小組及技術專家組，負責推進本省區(qū)試工程?！　。ǘ┟鞔_工作分工。農業(yè)部負責組織制定區(qū)試工程總體實施方案，統(tǒng)籌推進區(qū)試工程，組織專家開展農業(yè)物聯網應用理論、標準規(guī)范、共性技術和設備研究與熟化工作，構建農業(yè)物聯網公共服務平臺，開展應用模式及經驗推廣；試點省市領導小組及農業(yè)主管部門負責制定本地區(qū)實施方案、落實配套經費、推進區(qū)試工程及技術成果的示范與推廣、加強資金監(jiān)管及提高補助資金使用效益等工作。　?。ㄈ┐_保穩(wěn)定投入。要按區(qū)試總體方案

96、安排，建立穩(wěn)定的投入機制，以確保區(qū)試工程整體、穩(wěn)步推進。農業(yè)部負責監(jiān)督中央補助資金使用。試點省市要按不少于1:1的比例落實配套資金，并制定相應資金管理辦法；注重積極引導有關IT企業(yè)和有實力的農業(yè)生</p><p>　　第九章 案例及解決方案</p><p><b>　　9.1案例</b></p><p><b>　　案例一</b

97、></p><p>　　在北京大興精準農業(yè)示范區(qū)，處處體驗到物聯網“感知”精準農業(yè)技術。采育鎮(zhèn)鮮切花生產基地中控室，溫室環(huán)境監(jiān)控大屏掛在墻上。數字頻閃的表格中，59棟溫室內的溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度一目了然。</p><p>　?。▓D9.11聰明的溫室娃娃）</p><p>　　突然，A1棚濕度顯示由綠變紅：85%！技術員立刻開啟一旁的網絡視頻語音監(jiān)控系

98、統(tǒng)，點擊“一排溫室”發(fā)令：“濕度大了，請開風口和天窗！”</p><p>　　視頻畫面上，一名農民操作員立即行動起來。</p><p>　　10分鐘后，系統(tǒng)傳來語音回復：“全部打開?！贝笃聊簧?，紅色數字隨即下滑，很快恢復成綠色：70%。</p><p>　　“這些實時監(jiān)控的環(huán)境指標可以自動報警，綠色表示正常，紅色即為報警?！笔修r科院農業(yè)信息技術研究中心陳立平博士介紹

99、，這套溫室環(huán)境監(jiān)測與智能控制系統(tǒng)，通過室內傳感器“捕捉”各項數據，經數據采集控制器匯總、中控室電腦分析處理，結果即時顯示在屏幕上。管理人員通過另一項技術——視頻語音監(jiān)控系統(tǒng)隨時指揮?；亟浝砝畲嘿F務農20多年，算是一把好手，現在卻全聽“系統(tǒng)”指揮。他說：“以前都憑感覺，覺得溫室冷了就加溫，覺得暗了就補光。智能監(jiān)控下的科學數據，大伙都服！”</p><p>　　像采育鎮(zhèn)鮮切花生產基地這樣，大興已在5個鎮(zhèn)、6個村示范

100、推廣精準農業(yè)技術，智能溫室娃娃、室外氣象自動監(jiān)測、負水頭精準灌溉、液肥精準施用、靜電精準噴藥……16項信息化專利技術，實時定量監(jiān)控農作物在不同生長周期所需的溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度等，調節(jié)水肥藥的投入，幫助農民實現更高層次的精耕細作。</p><p><b>　　案例二</b></p><p>　　為提高種植效率，蒼山縣在現代農業(yè)示范園引進了浙江托普農業(yè)物聯網技

101、術,在其所建設的蔬菜大棚中全部安裝農業(yè)物聯網監(jiān)測設備，通過農業(yè)“物聯網”技術實時監(jiān)測大棚蔬菜溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度等生長環(huán)境,根據產生的智能監(jiān)測信息對蔬菜進行精確管理，通過無線傳感器對溫室環(huán)境進行自動和手動調節(jié)，溫度高了自動開啟風機等設備進行降溫，通過土壤濕度傳感器對灌溉自動控制，達到該澆水的時候澆水，該施肥的時候施肥，完全實現自動化，促進有機高效農業(yè)發(fā)展。</p><p>　　裝上一個小小的無線傳感器，

102、大棚里的蔬菜就會說話、有感覺、有思想了，大棚里的溫度高了它會警告你，土壤里的濕度低了它會通知你，更準確地告訴你它的需求。</p><p>　　“使用物聯網以后，我們馬上就能和大棚里的蔬菜‘對話’了?！弊哌M大棚內，農技師說，“蔬菜它需要什么溫度？什么時候要澆水？什么時候要施肥？澆多少水？施多少肥？你并不完全知道，或是只知道個大概。但是裝上一個小小的傳感器，它就會說話、有感覺、有思想了，大棚里的溫度高了它會警告你，土

103、壤里的濕度低了它會通知你，更準確地告訴你它的需求，使大棚內植物所需要的生長環(huán)境永遠保持在最佳狀態(tài)。”</p><p>　　農技師對于“物聯網”多少知道一些。還指著棚里靠近中間位置架起了一副“天線”，上面掛著幾個小盒子，說“這就是傳感器，分別采集環(huán)境溫度、濕度、土壤溫度、水分、光照以及二氧化碳濃度，每隔5分鐘采集一次數據，通過智能傳感器與嵌入3G模塊的無線物聯網網關，發(fā)送到上位機系統(tǒng)。”呵呵，農技師知道的還是蠻具體

104、的。</p><p>　　農技師現在只要坐在辦公室里，筆記本或者電腦的頁面停留在幾片蔬菜葉子上，用鼠標一點點拉近，可以很清晰地看到葉片上趴著幾只小蚜蟲。這樣農技師通過物聯網的遠程監(jiān)控</p><p><b>　　（圖9.12）</b></p><p>　　系統(tǒng)發(fā)現了“敵情”，可以立即給棚里的農業(yè)工人提了個醒。早點做防護措施。</p>

105、<p>　　雖然物聯網對于農業(yè)發(fā)展所帶來的好處顯而易見，但在使用上還未形成剛性需求。作為一個新興事物，農業(yè)物聯網正處在邊試驗邊示范的階段，有著廣闊的應用前景。對于傳統(tǒng)農業(yè)來說，物聯網的成本過高，在沒有見到效益之前，讓農民提前投資難度較大。所以對于這一新事物，很多農民，甚至一些農業(yè)干部、政府部門還需要一個接受的過程，迫切需要轉變觀念。在加大政府扶持、建立補貼制度的同時，應盡快建立適應農業(yè)發(fā)展需求的商業(yè)模式，由市場引導、向市場

106、要錢，是推動物聯網發(fā)展的有效方法。</p><p><b>　　9.2解決方案</b></p><p><b>　　方案介紹</b></p><p>　　農業(yè)遠程診斷系統(tǒng)前端設備支持多種傳感器接口，同時支持音頻、視頻功能，可以有效的為農業(yè)專家提供第一手的現場專業(yè)數據；此外，農業(yè)專家還可以通過PC終端登錄農業(yè)診斷系統(tǒng)，實現遠

107、程控制灌溉等操作，解決了農業(yè)專家極為缺乏的現狀，為實現農業(yè)現代化起到了重要作用。</p><p>　　該方案具有優(yōu)良的特色，具體如下：</p><p>　　支持H.264 編碼，能實現窄帶寬下流暢視頻傳輸，具有超低碼率，帶寬自適應功能。其單卡傳輸CIF 圖像在2.5G網絡環(huán)境下，最高可達8 幀/秒;雙卡傳輸CIF 圖像最高可達15 幀/秒;在3G網絡環(huán)境下，可達15幀/秒。</p&g

108、t;<p>　　前端設備是傳感器接口、視頻采集和無線傳輸為一體的智能采集終端，采用便攜式設計，自帶電源，一次充電可使用2-4個小時;支持可變倍攝像機，可調節(jié)攝像機，滿足對診斷植物推近觀察的需要。</p><p>　　后端軟件平臺支持靈活的管理和調度功能，滿足一位專家對多個前端的農業(yè)咨詢支持需要，支持農業(yè)專家遠程雙向語音對講功能。</p><p>　　支持分級用戶權限管理，采用