物联网技术在智能农业中的应用研究

时间：2024-05-20

申玉宏

（呼伦贝尔学院物理与电子信息学院，内蒙古海拉尔021008）

0 引言

我国作为一个以农业发展的大国，提高农业的产量非常重要，但目前我国农业的产量还很低，同时在农业生产过程中消耗的各种资源量却非常大，因此，传统的农业技术已经不能够支撑当前我国农业的发展，严重阻碍我国农业的发展速度。针对目前这一情况，随着信息化和科学技术的不断提升，将当今新兴的物联网技术应用到我国农业发展中，能够使得农业智能化，进一步提高农产品的数量和质量，同时还可以节省大量的人力和物力。

1 农业物联网的概述

1．1 农业物联网的定义

农业物联网是由传感器、监控设备和移动终端等设备组成，通过远程控制将农田里的环境信息和农作物信息传递给农民，农民可以足不出户掌握农田里的各种信息。其中，传感器包括温度传感器、湿度传感器、光传感器和PH值传感器等等，可以检测出农田环境的温度、湿度、光照强度、CO2浓度、PH值等信息参数，再通过仪表仪器显示出来，保证农作物有一个良好的生长环境。农业物联网将传统以人为中心的农业管理模式转变为依靠智能化设备和软件为中心的生产管理模式。

1．2 农业物联网的体系结构

农业物联网的体系结构与物联网的体系结构相对应，它也分为三个层次，分别是信息感知层、信息传输层和信息应用层。

1）信息感知层，主要功能是利用各种传感器收集环境和土壤信息，并通过短距离传输技术传输收集到的数据，它作为三层架构的最底层，是农业物联网应用的基础，农业物联网中的短距离传输技术有RFID技术、Wi-Fi、蓝牙和有线传输技术将数据传送到网关。

2）信息传输层，主要功能是处理和传输信息感知层中传感器收集到的数据信息，并融合和扩展现有网络，适合远距离传输数据，能够实现更加高效、更加安全的互联功能。

3）信息应用层，主要功能是对感知层收集的数据信息进行融合、处理和分析，并通过各种终端设备与农户之间进行交互，实现农业生产的智能化和自动化。

2 物联网在智能农业中的关键技术

2．1 Wi-Fi技术

Wi-Fi众所周知，现在人人离不开它，它是一种短距离无线通信技术，室内的辐射范围在100米左右，室外可以达到200米左右，顾名思义就是在较小的范围或区域内提供的无线传输通信技术，是Wireless Fidelity的缩写，是以太网无线技术的扩展，使用开放的2.4GHZ微波频段，理论上的最高速率是11Mb/s，远远超过了普通家庭使用的有线宽带，是当今使用最广泛的一种短距离无线网络传输技术。

2．2 RFID 技术

RFID（Radio Frequency Identification）技术是一种无线射频识别通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并对数据进行读写，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。射频段是指读写器通过天线发送、接收并识读的标签信号频率的范围，读写器的频率和射频标签的频率必须相同才能够工作。

RFID系统通常包括电子标签、阅读器和天线。其工作流程是：阅读器通过天线发送特定频率的射频信号，当电子标签进入此信号磁场时产生感应电流同时被激活，这时芯片中存储的数据会被发送，天线再将接收到的载波信号传送给阅读器，阅读器对信号进行解析并将数据传到后台进行处理，完成对数据的控制。RFID的频段有四个，分别时低频、高频、超高频和微波，目前后三种主要应用在现实生活中。农业物联网中通常使用国家免申请的433MHz频段进行近距离直线传输，其常用在物联网关与无线采集控制节点中。

3 物联网在智能农业中的应用

3．1 农业物联网总体设计

本章节围绕农业物联网的三层体系架构介绍物联网在智能农业中的应用，重点对环境数据的采集、视频监控、终端设备显示信息等模块进行介绍。主要实现的功能是：通过设置各种传感器实时采集农田中的温度、湿度和CO2浓度等参数信息，并通过RFID技术和无线传感器网络将采集到的信息传输至物联网关，物联网对数据进行存储和分析，然后通过终端设备显示给用户（农户）。

1）信息感知层，在该层设置各种环境传感器（温度传感器、湿度传感器、CO2浓度传感器）、射频发射端和接收端、无线采集模块、摄像头、DAAU（物联网关）,达到采集数据、分析、转发的功能。

2）传输层，是整个物联网系统的中间层，起到传输数据的作用，在传输过程中经过不同架构的网络完成通信，使用RFID无线通信网等技术，完成对监控视频和检测数据的可靠传输。

3）应用层，在该层放置数据库服务器及Web服务器，数据库服务器对采集到的数据进行存储，分析。Web服务器为移动终端设备提供查询历史数据、实时查看、视频监控等功能。

3．2 关键模块设计

1）传感器的数据采集

不同的传感器通过RFID网络进行数据的采集，本文主要使用温度传感器、湿度传感器和CO2浓度传感器，传感器的放置位置对其获取到的数据有一定的影响，因此，为了使得到的数据有效，一般传感器放置在距离地面三分之一处，位置过高或过低，都会引起采集到数据的不精确，采用RFID无线射频技术避免了有线网络在农田中设置的不方便。

2）物联网管（DAAU）的设计

物联网关（Data Analysis Acquisition Unit）简称 DAAU，在本设计中，它通过无线网络，与各种传感器、摄像头连接，并与DAAU服务器进行数据交互，DAAU服务器对DAAU发来的数据（通过TCP_Socket）进行解析和接收，将侦听到的有效信息存储到数据库中。

3）Web服务器的设计

Web服务器是运行在服务器上的一套Web应用程序。用户通过登录Web站点进行访问，对终端数据进行实时显示、查询和分析等操作。对于Web服务器的部署，首先需要添加IIS6.0配置文件，将用Visual Studio 2008开发工具开发的程序安装在Web服务器端，将用户的业务处理集中到Web服务器端，从而减少用户终端处理数据的压力。