《物联网技术导论》应用设计报告-基于无线传感器网络的绿色农业

《物联网技术导论》应用设计报告-基于无线传感器网络的绿色农业 《物联网技术导论》应用设计报告 基于无线传感器网络的绿色农业 班级: xx 姓名: xx 学号: xx —2011.12 基于无线传感器技术的绿色农业 [摘要]采用以无线传感器技术为核心的相关物联网技术的绿色农业可以促进农业发展方式的转变，可以实现高效利用各类农业资源和改善环境这一可持续发展目标，不但可以最大限度提高农业现实生产力，而且是实现优质、高产、低耗和环保的可持续发展农业的有效途径。 关键词: 无线传感器 物联网 绿色农业 一、作品设计目标 传统的农作物生长环境主要依靠感官经验，而不是精确、可靠的量化数据，成功的种植经验不容易被总结和复制。本设计主要依靠对农业资源、农业生态环境、生长过程、销售贮藏、装备设施等方面采用无线传感器技术来实现农场品实现科学、经济、有效的调整规划以实现快速、低成本、安全无公害的绿色农业新体系。基于无线传感网的物联网绿色农业系统更具发展潜力，无线网络具有较高的传输带宽、抗干扰能力强、安全保密性好，而且功率谱密度低。利用上述特点，可组建针对农田信息采集和管理的目的无线网络，实现农田信息的无线、实时传输。同时，可以给用户提供更多的决策信息和技术支持，实现整个系统的远程管理。 物联网能够为绿色农业的评价提供依据。一个农产品是否符合绿色农业的，需要进行一系列综合的评价体系。在这个评价体系中离不开对各项关键指标的测量。物联网能够通过像毛细血管一样的监 1 测网络将成长过程中的各种生态情况随时掌握，为评价农产品的生长状态提供第一手的资料。 二、相关现状分析 (1)物联网发展和政策支持 物联网是新一代信息技术的重要组成部分。从“智慧地球”到“感知中国”，“物联网”成为全球瞩目的关键词。被美国列为振兴经济的两大工具之一;被欧盟定位 成使欧洲领先全球的基础战略，被中国纳入战略性新兴产业规划重点。业界认为是继计算机与互联网后的又一次信息化浪潮。 (2)绿色农业的发展 随着人们物质生活的不断提高，人们对生活的追求不再是大鱼大肉，而是追求健康绿色的生活方式。绿色农业的地位显得更加重要和必须。国内现有温室的种植方式:粗放型种植，根据农民祖辈相传的经验;国外倡导的精细化农业种植:不仅节约成本，还能保证果蔬可以在最适宜的环境下生长，实现增产增收。通过物联网技术在农业中的应用，既能改变粗放的农业经营管理方式，也能提高动植物疫情疫病防控能力，确保农产品质量安全，引领现代农业发展，加快绿色农业进程。 三、总体设计 通过对以下反面的数据收集、统计分析来改善成长环境: 2 农业资源管理:农用土地资源、水资源、生产资料; 农业生态环境管理:土壤、大气、水质、气象、灾害; 生产过程管理:农田精耕细作、设施农业、健康养殖; 农产品与食品安全:产地环境，产后、贮藏加工、物流运输、供应链可追溯系统; 农业装备与设施:工况监测、远程诊断、服务调度。 在上述因素的基础上建立无线网络监测平台，对农产品的生长过程进行全面监管和精准调控;开发基于物联网感应的农业灌溉控制系统，达到节水、节能、高效的目的;构建绿色农业大棚物联网信息系统，实现农业从生产到质检和运输的标准化和网络化管理。 四、技术方案与分析 (1)绿色农业物联网监测平台 研究绿色农业大棚中的物联网技术，建立无线网络监控平台。下图为该控制系统网络架构图。该嵌入式网关连接3 (2)绿色农业的无线网络管理系统 无线网络管理技术主要研究温度、化学等多种传感器对农产品的生长过程全程监控和数据化管理;结合RFID电子标签在培育、生产、质检、运输等过程中，进行可识别的实时数据存储和管理，实现农业生产的标准化、网络化、数字化。 无线网络化农业管理系统集成网络地理信息系统、物联网监控管理系统，可实现数据共享和动态数据服务。生态农业无线网络管理系统以一定物理模式和逻辑模式的形式进行架设。此系统在功能上可实现农产品信息查询与发布、专家决策知识库优化决策与分析，达到信息、技术和网络的高效结合，最终实现绿色农业全过程控制管理。 (3)无线传感网感应的绿色农业节水系统 本系统主要采用无线网，底层为多个ZigBee监测网络，负责监测数据的采集。 每个ZigBee监测网络有一个网关节点和若干的土壤温湿度数据采集节点。监测网络采用星型结构，网关节点作为每个监测网络的基站。网关节点具有双重功能，一是充当网络协调器的角色， 4 负责网络的自动建立和维护、数据汇集;二是作为监测网络与监控中心的接口，与监控中心传递信息。 该系统由无线传感节点、无线路由节点、无线网关、监控中心心四大部分组成，通过ZigBee自组网，监控中心、无线网关之间通过GPRS进行墒情及控制信息的传递。每个传感节点通过温湿度传感器，自动采集墒情信息，并结合预设的湿度上下限进行分析，判断是否需要灌溉及何时停止。每个节点通过太阳能电池供电，电池电压被随时监控，一旦电压过低，节点会发出电压过低的报警信号，发送成功后，节点进入睡眠状态直到电量充足。其中无线网关连接ZigBee无线网络与GPRS网络，是基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统的核心部分，负责无线传感器节点的管理。传感器节点与路由节点自主形成一个多跳的网络。温湿度传感器分布于监测区域内，将采集到的数据发送给就近的无线路由节点，路由节点根据路由算法选择最佳路由，建立相应的路由列表，其中列表中包括自身的信息和邻居网关的信息。通过网关把数据传给远程监控中心，便于用户远程监控管理。 5 五、作品优势与应用前景 在未来的农业生产领域，绿色农业将大范围应用过程中具有其以下特点: (1) 智能化的管理模式; (2) 突破传统控制系统的多线路铺设，量大，线路复杂，成本 高等缺点，分布式管理，采用多区化调控管理，各区独立智能化总线寻址控制，系统铺设简单，精确度高，可控区域广; (3) 远程自动控制，参数实时在线显示，精确度高，真正实现“在 家也能种田”; (4) 集成加热系统、通风系统、遮荫/保温内帘幕系统、外遮荫系 统、C02施肥系统、空气循环系统、植物保护系统、高压喷雾降温系统、湿帘—风机系统、屋顶喷淋系统、补充光照系统、灌溉施肥系统、废液回收—消毒系统、电气与计算机控制系统等于一体，真正实现多功能，可多场合运用; (5) 由于自主开发设计，与国外温室大棚控制系统相比，系统费用 低，维护方便; 未来绿色农业展望: 6 上图为实现无线网网传感技术后农业生产前后的对比 未来的农业发展中绿色农业将推进农业科技化进程，同时也将加快社会主义新农村的建设，未来的农村将会是新型的“绿色”农村。 7 未来的基于物联网传感技术的绿色农业大规模生产基地展望图。 总结 最为一个农业大国，传统农业将随着时代科技进步而不再满足人们日新月异的需求，应用基于无线网传感技术等相关物联网的绿色农业将必将迎合新时代的需要，不难相信，在未来的五年或者十年内，绿色农业的发展必将提上一个新的高度。而本基于无线网传感器的绿色农业只是其中一小部分。我们有必要提倡一场新的农业革命，而作为大学生，当代社会的先锋，我们有责任带着新的技术走入农村，建设绿色农业，绿色农村。 8