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基于物联网的智慧农业监控系统

发布时间:2018-12-28 01:06:07 文章来源:未来智讯    
    基于物联网的智慧农业监控系统作者: 黄颖 张伟   摘 要:选取ZigBee技能和3G通讯技能联合的方式,将不同的农业基地以及相关设备组成一个无线传感网络系统,然后根据不同农业基地的传感器收集传感器参数,更加精确地抑制不同农业基地的状况,实现远程设备和人员之间的信息交互,组成基于物联网的智慧农业监控系统。对系统进行多次测试,表明系统具有良好的稳定性,可实时监控,采集信息,进行环境抑制,广泛应用于农场的远程管理。
  关键词:智慧农业;监控系统;物联网;ZigBee
  中图分类号:S24;TP277 文献标识码:A 文章编号:2095-1302(2017)04-00-02
  0 引 言
  中国的农业生产一直以来都依靠传统的生产模式,浪费了大量的人力物力,而且对环境造成了污染与破坏,不利于农业的可持续发展。因此,如何顺应新时期和谐社会对农业生产的要求,利用现有技能和平台来设计一个满足要求的新系统,成为迫切需要解决的问题。智慧农业利用物联网、云储存、ZigBee等技能实现农业的精准化监控与管理。
  1 系统整体方案
  监控系统是基于现有技能特点,由嵌入式网关,RFID,ZigBee及各种传感器模块组成,在遵循物联网三层架构的基础上设计实现的,包含安卓客户端和Web客户端的智慧农业监测系统。通过各传感器来采集相应的数据,然后利用ZigBee无线技能完成数据从传感器到嵌入式网关的传输,再依据TCP协议使数据从嵌入式网关传输到Web服务器,将数据进行分析变成信息在安卓客户端和Web客户端显示,实现将农业大棚里的环境参数在相应客户端与移动端显示的功能。同时依据传感器反馈的信息对大棚里的抑制设备进行大略抑制,以保证环境参数的稳定。此外,系统还为Web用户和移动用户提供了友好的显示界面,管理和抑制界面,给予用户良好的体验。监控系统整体结构如图1所示。
  2 现场监控系统
  现场监控系统由Android手机客户端、嵌入式网关和ZigBee模块组成。
  Android手机客户端主要用以实现人性化的人机交互界面。进入智慧农业监测系统界面后能够一览大棚内多种环境参数,如大棚内的�厥�度信息、是否存在有毒气体、是否有人闯入大棚,大棚内的光照强度等。
  四个ZigBee模块上的传感器会对大棚内的环境参数进行采集,其中温湿度传感器用以实时采集大棚内的温度和湿度信息;广谱气体传感器用以感应室内有害气体(CO、SO2等)是否超标;人体检测主要对大棚内的作物起保护作用,当有人私自闯入大棚时,会感应到并准时报警;传感器将采集到的数据发送到各ZigBee模块,然后通过ZigBee的自组织网络传递给整个网路中的ZigBee协调器,此外,基于CC2530的风扇起到了排气效果,协调器通过RS 232串口将数据传送给嵌入式网关进行相应的处理。
  嵌入式网关将接收到的由ZigBee协调器传送过来的数据进行处理并通过局域网传送给手机客户端,对于手机客户端发送过来的数据进行处理并对相应的传感器、生长灯、风扇进行抑制。现场监控子系统需要满足实时数据存储分析、数据采集、网络连接等功能。
  2.1 短距离ZigBee网络设计
  ZigBee技能作为一种低速率、低复杂度、低损耗、低成本的无线网络技能,逐步成为近距离通讯应用的首选。从农业大棚的要求来看,一般大棚所需要传输的数据类型对通讯速率要求并不高,所以使用ZigBee方式取代传统的布线方式可行性极大。考虑到一般农业基地均具有抑制距离较短,测点多、设备多等特点,选取ZigBee的Mesh组网方式。Mesh网络由路由器、协调节点、多个终端节点组成,属于多跳的网络系统。在网络中节点之间能够直接通讯,每次通讯都由一条或多条路由节点进行中继,最终传给目的节点。ZigBee终端节点事务流程如图2所示。
  2.2 嵌入式操作平台设计
  选取ARM-Linux抑制器模式,硬件的局部采用ARM Cortex-A9系列作为嵌入式抑制器的微处理器,该系列处理器具有本能高、处理能力强、低功耗等特点;软件局部选取Linux操作系统,它具有多任务、多用户、兼容性高、界面操作大略、支持多种平台、平安性好等优点。嵌入式系统结构如图3所示。
  2.3 视频监控设计
  视频监控选取云台高清网络摄像头,它不但能够通过手动抑制摄像头旋转,还能够通过Web或者手机App来抑制,拥有标准的H.264算法,同时可以支持CIF、D1两种分别率,符合无线网络;支持摄像头360度旋转;可通过WiFi,蓝牙传输数据,适用于不便布线的局面。
  摄像头将采集到的视频数据通过内置编码器编码,经无线网络传输到管理中心,同时解码器会将接收到的数据解码后播放视频。
  3 远程监控管理中心
  远程管理中心主要由介入设备和计算机组成,用以完成大棚内环境参数的采集、传输和显示,还能实现对基地环境参数和视频的远程抑制或者联动抑制。
  远程管理中心选取B/S(浏览器/服务器)模式,用户通过浏览器或者手机App登录管理抑制中心,通过实时获取的视频图像,直观地观察各大棚内的植物生长情况,并通过显示的环境参数对生长状况进行分析。根据用户对于系统的要求,设计了如下几个主要功能:
  (1)具有设备监控、设备管理、视频监控、系统设置、报警记录功能;
  (2)对各基地的空气温湿度、有害气体、土壤温湿度、光照强度等参数实时显示,拥有风扇、灯光、水泵等装置,用户只需点击开关装置便可实现对远程装置的开关操作;
  (3)对于植物生长相关参数进行正常范围的设置,实现农业大棚环境参数的联动抑制。
  智慧农业监控的系统参数如图4所示。
  4 结 语
  该系统通过各传感器来采集相应的数据,利用ZigBee无线技能将数据从传感器传输到嵌入式网关,再依据TCP协议,完成数据从嵌入式网关到Web服务器的传输,之后将数据分析变成的信息在安卓客户端和Web客户端显示。系统能够实现对农业大棚里环境参数的实时显示(包括相应的移动端显示),同时能够依据传感器反馈的信息对大棚里的抑制设备进行大略操作,以保证环境参数的稳定。
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