物聯網技術在智能農業中的應用研究

申玉宏

（呼倫貝爾學院物理與電子信息學院，內蒙古 海拉爾021008）

0 引言

我國作為一個以農業發展的大國，提高農業的產量非常重要，但目前我國農業的產量還很低，同時在農業生產過程中消耗的各種資源量卻非常大，因此，傳統的農業技術已經不能夠支撐當前我國農業的發展，嚴重阻礙我國農業的發展速度。針對目前這一情況，隨著信息化和科學技術的不斷提升，將當今新興的物聯網技術應用到我國農業發展中，能夠使得農業智能化，進一步提高農產品的數量和質量，同時還可以節省大量的人力和物力。

1 農業物聯網的概述

1．1 農業物聯網的定義

農業物聯網是由傳感器、監控設備和移動終端等設備組成，通過遠程控制將農田里的環境信息和農作物信息傳遞給農民，農民可以足不出戶掌握農田里的各種信息。其中，傳感器包括溫度傳感器、濕度傳感器、光傳感器和PH值傳感器等等，可以檢測出農田環境的溫度、濕度、光照強度、CO2濃度、PH值等信息參數，再通過儀表儀器顯示出來，保證農作物有一個良好的生長環境。農業物聯網將傳統以人為中心的農業管理模式轉變為依靠智能化設備和軟件為中心的生產管理模式。

1．2 農業物聯網的體系結構

農業物聯網的體系結構與物聯網的體系結構相對應，它也分為三個層次，分別是信息感知層、信息傳輸層和信息應用層。

1）信息感知層，主要功能是利用各種傳感器收集環境和土壤信息，并通過短距離傳輸技術傳輸收集到的數據，它作為三層架構的最底層，是農業物聯網應用的基礎，農業物聯網中的短距離傳輸技術有RFID技術、Wi-Fi、藍牙和有線傳輸技術將數據傳送到網關。

2）信息傳輸層，主要功能是處理和傳輸信息感知層中傳感器收集到的數據信息，并融合和擴展現有網絡，適合遠距離傳輸數據，能夠實現更加高效、更加安全的互聯功能。

3）信息應用層，主要功能是對感知層收集的數據信息進行融合、處理和分析，并通過各種終端設備與農戶之間進行交互，實現農業生產的智能化和自動化。

2 物聯網在智能農業中的關鍵技術

2．1 Wi-Fi技術

Wi-Fi眾所周知，現在人人離不開它，它是一種短距離無線通信技術，室內的輻射范圍在100米左右，室外可以達到200米左右，顧名思義就是在較小的范圍或區域內提供的無線傳輸通信技術，是Wireless Fidelity的縮寫，是以太網無線技術的擴展，使用開放的2.4GHZ微波頻段，理論上的最高速率是11Mb/s，遠遠超過了普通家庭使用的有線寬帶，是當今使用最廣泛的一種短距離無線網絡傳輸技術。

2．2 RFID 技術

RFID（Radio Frequency Identification）技術是一種無線射頻識別通信技術，可以通過無線電訊號識別特定目標并對數據進行讀寫，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或者光學接觸。射頻段是指讀寫器通過天線發送、接收并識讀的標簽信號頻率的范圍，讀寫器的頻率和射頻標簽的頻率必須相同才能夠工作。

RFID系統通常包括電子標簽、閱讀器和天線。其工作流程是：閱讀器通過天線發送特定頻率的射頻信號，當電子標簽進入此信號磁場時產生感應電流同時被激活，這時芯片中存儲的數據會被發送，天線再將接收到的載波信號傳送給閱讀器，閱讀器對信號進行解析并將數據傳到后臺進行處理，完成對數據的控制。RFID的頻段有四個，分別時低頻、高頻、超高頻和微波，目前后三種主要應用在現實生活中。農業物聯網中通常使用國家免申請的433MHz頻段進行近距離直線傳輸，其常用在物聯網關與無線采集控制節點中。

3 物聯網在智能農業中的應用

3．1 農業物聯網總體設計

本章節圍繞農業物聯網的三層體系架構介紹物聯網在智能農業中的應用，重點對環境數據的采集、視頻監控、終端設備顯示信息等模塊進行介紹。主要實現的功能是：通過設置各種傳感器實時采集農田中的溫度、濕度和CO2濃度等參數信息，并通過RFID技術和無線傳感器網絡將采集到的信息傳輸至物聯網關，物聯網對數據進行存儲和分析，然后通過終端設備顯示給用戶（農戶）。

1）信息感知層，在該層設置各種環境傳感器（溫度傳感器、濕度傳感器、CO2濃度傳感器）、射頻發射端和接收端、無線采集模塊、攝像頭、DAAU（物聯網關）,達到采集數據、分析、轉發的功能。

2）傳輸層，是整個物聯網系統的中間層，起到傳輸數據的作用，在傳輸過程中經過不同架構的網絡完成通信，使用RFID無線通信網等技術，完成對監控視頻和檢測數據的可靠傳輸。

3）應用層，在該層放置數據庫服務器及Web服務器，數據庫服務器對采集到的數據進行存儲，分析。Web服務器為移動終端設備提供查詢歷史數據、實時查看、視頻監控等功能。

3．2 關鍵模塊設計

1）傳感器的數據采集

不同的傳感器通過RFID網絡進行數據的采集，本文主要使用溫度傳感器、濕度傳感器和CO2濃度傳感器，傳感器的放置位置對其獲取到的數據有一定的影響，因此，為了使得到的數據有效，一般傳感器放置在距離地面三分之一處，位置過高或過低，都會引起采集到數據的不精確，采用RFID無線射頻技術避免了有線網絡在農田中設置的不方便。

2）物聯網管（DAAU）的設計

物聯網關（Data Analysis Acquisition Unit）簡稱 DAAU，在本設計中，它通過無線網絡，與各種傳感器、攝像頭連接，并與DAAU服務器進行數據交互，DAAU服務器對DAAU發來的數據（通過TCP_Socket）進行解析和接收，將偵聽到的有效信息存儲到數據庫中。

3）Web服務器的設計

Web服務器是運行在服務器上的一套Web應用程序。用戶通過登錄Web站點進行訪問，對終端數據進行實時顯示、查詢和分析等操作。對于Web服務器的部署，首先需要添加IIS6.0配置文件，將用Visual Studio 2008開發工具開發的程序安裝在Web服務器端，將用戶的業務處理集中到Web服務器端，從而減少用戶終端處理數據的壓力。

4 結束語

本文通過將物聯網技術應用到農業中，解決了傳統農業管理模式的諸多局限性，同時引入移動終端設備，使農戶隨時隨地都可以查看和控制農田的生長情況，充分體現出智能農業在引入物聯網技術后的自動化化和遠程化。

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