智慧農業控制系統的研究與設計

(遼寧科技大學 遼寧 鞍山 114051)

一、引言

(一)背景。我國擁有廣闊的耕地面積，但耕種方式主要為傳統農耕，這種耕種方式的澆水施肥全憑經驗，而且還看天氣。不僅占用大量的勞動力，也容易導致土壤附著性低，既破壞了土壤，又對土地的發展造成很大的影響。因此，智慧農業是勢在必行的趨勢。

(二)我國農業發展現狀。現如今，我國農業的的發展還存在許多問題。1.農戶個體戶多，生產分散，農業發展滯后；2.農產品價格不透明；3.農產品缺少分級，價格差異化不明顯；4.流通損耗大，物流成本高；5.新技術應用推廣難。

二、智慧農業

智慧農業采用三種技術，即物聯網技術、多方面傳感器和人工智能鄉結合，與此同時，傳統的農業生產，使傳統農業更有精準預測、與多方位管控的新式思維。物聯網、云計算等技術，能夠去除農業市場的時間空間以及地理約束，可以將植物的數據傳遞出去，也可以實時監控，把信息不對等問題解決了，同時也使資源得到了節約，效率得到提高。

提供科技型的全方位信息服務；實現精準定位，既節約資源也保證了產品質量；提高效率的同時也提升同行業的競爭力。

三、方案設計

把基于物聯網和人工智能的智慧農業控制系統硬件子系統與人機交互系統按各子系統進行分工，在Windows操作系統中，我們可以使用C#.Net來進行編程。該系統的開發包括各子系統的硬件數據采集設備調試、基于關鍵詞與語義理解的人性化語音設計、虹膜識別設計、傳感信息采集數據與用戶使用習慣等數據分析的系統數據庫開發設計以及最終建立的基于物聯網與人工智能的智慧農業控制系統。為支持后續開發及具有更好的可擴展性，系統中預留了RS232、TCP/IP與UDP等多種常用的通訊接口。整合后的基于物聯網與人工智能的智慧農業控制系統可實現多線程控制，實現智能語音交互、人臉識別與智慧農業系統的自然人性化控制與智能化控制，搭建的數據庫可供后續研究的大數據分析使用。

(一)系統功能描述

智慧農業控制系統

1.物聯網感知層。應用于溫室大棚的光照及溫濕度監測裝置、土地含水量監測和二氧化碳監測器具等，對室內的各種環境參數進行實時監測并作出記錄，保證環境中植被能夠在良好進行生長發育。

2.物聯網傳輸層。利用ZigBee網關采集大棚內的數據，包括空氣及土壤溫濕度和對植被光照程度，以及利用攝像裝置收集圖像及視頻，將這些數據通過無線轉變為信號發送給交換機，再以此將數據發送至局域網終端，實現信息匯總上傳。

3.物聯網智能處理層。將信息進行匯總交互，獲取全方位的信息及數據，對所在環境的作物進行管理指導養護。通過對大棚內作物的長勢和病蟲害等相關圖像分析，實現對作物的長勢預測和病蟲害監測和預警功能。

四、系統網絡拓撲

五、各子系統設計

(一)感知層。1.無線傳感網絡:由部署在大棚內的聲、光、溫濕度、圖像監控節點組成，通過無線通信方式形成一個自主多點的網絡系統；2.視頻監控:將攝像頭檢測到的圖像信息使用WIFI進行傳輸；3.設備供電:采用太陽能設備為供電系統供電。

(二)傳輸層。1.網關:采用3G無線設備，將輸出信號轉化為3G模式進行傳輸；2.路由器、交換機:3G無線路徑器、交換機，用于上傳至網絡的數據；3.供電設備:采用中國民用交流標準電壓電源供電。

(三)網絡層。1.終端服務器：采用電腦作為服務器終端；2.云服務平臺：采用云服務器，處理和保存大量的信息；3.監控中心：采用廣角全方位監控來監視室內的數據；4.供電方式：采用中國民用交流標準電壓的直流電源供電。

(四)應用層。1.電腦終端：采用臺式或便攜式計算機作為終端；2.手機終端：采用智能手機作為終端，對采集的信息進行處理；3.供電方式：采用中國民用交流標準電壓的直流電源供電。

六、總結

本文通過對我國農業發展現狀的分析，利用該技術，融合多傳感器，實現了對大棚內環境參數的數據采集。用戶可以通過手機，pad或者電腦來實時監測，也可以根據需求安排，及時修改所需環境，實現通過上位機控制大棚內參數的目的，以促進作物更好的生長。