物联网技术应用在现代农业中的意义

发布时间:2022/4/4 12:22:28您的位置: > 智慧农业物联网系统 > 正文

随着以感知和智能为特征的新技术的出现和融合,未来信息技术的发展将从互联网转向以物联网信息为主导的物联网。物联网是以计算机互联网为基础,利用无线通信、传感器、RFID等技术,覆盖世界万物的“物联网”。物联网被称为继计算机和互联网之后的世界信息产业第三次浪潮,将催生一个巨大的新兴产业。2009年,温家宝总理在视察中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心时,提出成立“感知中国”传感信息中心,进一步推动了中国在物联网领域的技术研究和产业发展。2009年,发展物联网技术已被列入中国国家重大科技专项,与新能源、绿色制造并列为中国五大新兴战略产业之一。

物联网已经成为全球新一轮经济技术发展的战略制高点之一。物联网的发展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,我国物联网已在安防、电力、交通、物流、医疗、环保等领域得到应用,应用模式日趋成熟。在安防领域,视频监控、周界入侵防范等应用取得了良好的效果;在电力行业,远程抄表、输变电监控等应用逐渐扩大;在交通领域,路网监控、车辆管理和调度等应用正在发挥积极作用;在物流领域,货物的存储、运输和监控被广泛应用;在医疗领域,个人健康监测、远程医疗等应用越来越成熟。此外,物联网已广泛应用于环境监测、市政设施监控、建筑能源、食品药品追溯等领域。

物联网概念

物联网的英文名是“The Internet of Things”,简称IOT。物联网的定义是:通过射频识别(RFID)、红外传感器、全球定位系统、激光扫描仪等信息传感设备将任何商品与互联网连接起来的一种网络。按照约定的协议,进行信息交换和通信,从而实现智能识别、定位、跟踪、监控和管理。即物联网是“与物相连的互联网”,有两层含义:一是物联网的核心和基础仍然是互联网,是基于互联网的延伸和扩展网络;其次,它的客户延伸和扩大到任何商品和货物的信息交流和沟通。这里的“物”,只有满足以下条件,才能纳入物联网的范畴:

(1)应该有相应信息的接收者;

(2)应有数据传输通道;

(3)具有一定的存储功能;

(4)有CPU

(5)有操作系统;

(6)应有专门的应用程序;

(7)有数据发送器;

(8)遵循物联网的通信协议;

(9)在世界网络中有一个可以识别的唯一号码。

基于物联网技术的智能农业应用系统

随着近30年来中国经济的快速发展,农业生产资源的短缺和农业资源的过度消耗日益制约农业发展。农业物联网将先进的传感、通信、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的有效方法。

1.智能农业app

本文选择ZigBee、RFID、传感器、MCU智能控制、Code39、QR分析、嵌入式TCP/IP、GPRS、GSM、GPS、DTU、TTS和具有自适应切换的网关,构建了由智能监控与养殖、运输管理与控制、销售与追溯三个子系统组成的应用系统模型。系统中所有电路的PCB设计、程序接口、网关和上位机交互都是自行设计的,共有23个功能模块。每个子系统或模块都与实际应用相结合,由不同的物联网技术框架组合而成。三个子系统很好的体现了物联网的层次结构,解决了农作物从种植到最终销售各个环节的实际问题。三个子系统虽然功能不同,但在技术层面上联系紧密,相互配合符合智能农业应用系统的要求。

2.农业智能监控栽培系统

由ZigBee无线传感器监控网络和栽培控制设备组成的农业智能监控栽培系统结构如图1所示。该系统由ZigBee网络、栽培控制设备、网关和控制中心组成。其中,ZigBee网络由部署在监测区域的多个集群网络组成,ZigBee节点负责采集温度、湿度、光照强度等农业信息。并通过ZigBee网络传输到网关。各种服装信息对农作物的影响不同。比如,光是农作物光合作用的基本条件。在农作物上方设置光照强度传感器,实时监测环境光强度,可以及时掌握农作物生长环境的光照强度。温度直接影响作物的生长速度和发育,空气湿度也是影响作物生长发育的重要因素。因此,空气温度和湿度传感器应放置在作物周围。ZigBee网络通过具有自适应切换功能的网关连接到传输网络,并将数据传输到控制中心。控制中心将接收到的数据经过处理后存储在数据库中,对收集到的信息进行汇总分析,并结合专家决策系统发出反馈控制指令,及时准确。

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。

  3、农产品运输管理与控制系统

  农产品运输管理与控制系统如图2所示,由图1中的远程控制中心下达控制命令,车辆群上配置有DTU(GPS+GPRS)单元。在车辆离开管理中心后,车辆上所安装自行设计的DTU单元会将当前车辆的位置信息回馈到控制中心。

  通过在运输车辆上的DTU单元,无线远程发送回该车辆当前的经纬度、车速、海拔高度、卫星授时时间到远程控制中心,控制中心再将远程传回的GPS数据与电子地图建立函数对应关系,将运输车辆拟化为地图上的一个运动点,就可以对该点的行车路线、行车车速、行车状况进行透明无误地监控,从而实现智能控制和管理。通过装载农作物产品箱体中的传感器可以监测到农产品在运输中的温湿度等信息。控制中心有GSM、GPRS组成的即时语音通信平台,可以通过中心计算机控制软件与工作中的运输车辆取得联系,对于排除紧急事件和实际难题具有非常明显的意义。

  4、农产品销售和分配管理系统

  图3所示是农产品销售和分配管理系统图,其设计模型中使用了纸盒来模拟真实的箱体,纸盒的4面都贴有不同的电子标签。

  在箱体上集成了4种技术用来识别和验收货物:125 kHz频段下和13.56 MHz频段下的RFID射频识别、一维条码识别、二维QR码。农产品质量追溯物联网由读写传感器和电子标签、读写器和查询的网络接入与控制数据中心组成。自主研发的模块用于制作两种125 kHz读卡设备:一种适合在Windows下作为HID设备免驱动读取卡号,卡号可以由上位机进行变更;一种是串口输出ID号码的模块,适合嵌入式的应用。通过电子标签记录农产品在培育、运输和销售环节的所有信息,并通过Internet系统传输到数据中心保存。用户可以在农产品溯源系统平台或者超市商品溯源机上,通过查询农产品的编号获取该农产品的所有的销售信息。

微物联
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