畢業(yè)論文——基于物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)設計及實現(xiàn)

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1、山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 畢業(yè)設計（論文）畢業(yè)設計（論文） 題目：題目： 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)設計及實基于物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)設計及實現(xiàn)現(xiàn) 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 1 目 錄 目目 錄錄1 前言前言2 ABSTRACT 4 第一章第一章 緒論緒論5 1.1 背景.5 1.2 物聯(lián)網(wǎng)應用.6 1.3 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)圖.8 第四章第四章 傳感層傳感層15 4.1 傳感層設計15 4.2 傳感節(jié)點設計15 4.3 網(wǎng)關(guān)節(jié)點設計16 第五章第五章 傳輸層傳輸層18 5.1 傳輸層系統(tǒng)設計18 5.2 目標設計18 第六章第六章 應用層應用層20 6.1 系統(tǒng)設計20 6.2 傳感節(jié)點的主程序

2、設計20 6.3 網(wǎng)關(guān)節(jié)點的主程序設計20 第七章第七章 智能協(xié)同控制器與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用層的接口智能協(xié)同控制器與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用層的接口22 第八章第八章 物聯(lián)網(wǎng)的應用物聯(lián)網(wǎng)的應用25 8.1 區(qū)域試驗工程25 8.2 目標和重點任務27 8.3 試驗布局30 8.4 條件保障33 第九章第九章 案例及解決方案案例及解決方案35 9.1 案例35 9.2 解決方案37 第十章第十章 總結(jié)與展望總結(jié)與展望39 致謝致謝40 參考文獻參考文獻41 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 2 前言 物聯(lián)網(wǎng)被認為是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮。物 聯(lián)網(wǎng)以感知為前提，實現(xiàn)人與人、人與物、

3、物與物全面互聯(lián)的網(wǎng)絡。在物體上植入各種微型 芯片，用這些傳感器獲取物理世界的各種信息，再通過局部的無線網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)、移動通信 網(wǎng)等各種通信網(wǎng)路交互傳遞，從而實現(xiàn)對世界的感知。物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)上的應用將會使農(nóng)業(yè)生 產(chǎn)方式產(chǎn)生重大變革，會急速促進我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題上面臨的種種問題。 本文簡要的復述了這個智能農(nóng)業(yè)理念，給出了有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)定義和基本功能。結(jié) 合智能農(nóng)業(yè)大系統(tǒng)架構(gòu)，論述了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的框架以及與智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的接口問題。其重要 結(jié)論如下： （1）智能農(nóng)業(yè)應當是包含農(nóng)業(yè)大系統(tǒng)智能控制在內(nèi)的體系?；谵r(nóng)業(yè)復雜大系統(tǒng)智 能控制的智能農(nóng)業(yè)是一個遞階型網(wǎng)絡控制大系統(tǒng)，并且是可以形成閉環(huán)的。其“智能”特性

4、 表現(xiàn)在：大系統(tǒng)的自愈性、自主的智能協(xié)同性和調(diào)控性； （2）農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)僅僅是一個網(wǎng)絡，它不具備擔當對農(nóng)業(yè)系統(tǒng)進行調(diào)控的能力； （3）智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的有序、有效的運轉(zhuǎn)離不開農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡技術(shù)支持，但是農(nóng) 業(yè)物聯(lián)網(wǎng)必須具備信息的雙向流動能力； （4）要達到農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的有效應用必須要拓展其功能，必須構(gòu)建一個物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡控 制器。同時在應用層與智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的智能協(xié)同控制器之間應具備友好的接口與界面； 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 3 摘要摘要 物聯(lián)網(wǎng)作為信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮,在農(nóng)業(yè)中的應用將會解決一系列科學技術(shù)問題,例如 分布在廣域空間的信息獲取,高效可靠的信息傳輸以及面向不同應用的智能決策等,將是實現(xiàn)

5、 傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變的助推器和加速器。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中,溫度、濕度、光照強度、C02 濃度、水分以及其他養(yǎng)分等多種自然因素共同影響農(nóng)作物的生長,傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的管理方式遠遠 沒有達到精細化管理的標準,只能算是粗放式管理,在這種管理方式下,通過人的感知能力管 理上述環(huán)境參數(shù),無法達到準確性要求,要實現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的智能化管理,建立一個實用、可靠、 可長期監(jiān)測的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)是非常必要的。因此,本文設計了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)監(jiān) 測系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠準確實時的獲取農(nóng)作物生長的環(huán)境信息并對這些信息進行遠程監(jiān)測。論 文首先詳細闡述物聯(lián)網(wǎng)和農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵和體系結(jié)構(gòu)、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)和未來發(fā)展。 介紹了數(shù)據(jù)融

6、合的相關(guān)概念,并提出了 KDF 算法用于系統(tǒng)對感知數(shù)據(jù)的處理。KDF 算法是基 于卡爾曼濾波的數(shù)據(jù)融合算法,能夠達到減少冗余信息、降低能量消耗以及消除干擾使獲得 的感知數(shù)據(jù)更加準確的目的。其次,論文給出了系統(tǒng)的總體設計,并根據(jù)設計要求,以 MSP430F5438 微處理器、射頻模塊 CC2520、射頻放大前端 CC2591 以及 SHT10 溫濕度傳感器 等環(huán)境感知傳感器為核心,構(gòu)建了傳感器硬件節(jié)點。傳感器節(jié)點的軟件以 Z-Stack 協(xié)議棧為 基礎(chǔ),成功的實現(xiàn)了無線 Mesh 網(wǎng)絡的組建和數(shù)據(jù)的可靠傳輸。最后,論文介紹了上位機監(jiān)測 軟件,上位機監(jiān)測軟件基于 B/S 架構(gòu),使用 JSP 語言在

7、 MyEclipse 環(huán)境下開發(fā),具有良好的人 機交互前臺界面；后臺采用 MySQL 數(shù)據(jù)庫,完成環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)和其他有用信息的存儲；將整 個系統(tǒng)通過 Tomcat 服務器在線發(fā)布,系統(tǒng)便可以接入到 Internet 中,形成“底層(傳感器) Internet 網(wǎng)絡遠程監(jiān)控”的結(jié)構(gòu),使連入互聯(lián)網(wǎng)的計算機均可以訪問。對系統(tǒng)從功能實現(xiàn) 角度來開展的實驗結(jié)果顯示,該系統(tǒng)可以正常穩(wěn)定的工作,無線傳感器節(jié)點可以正常構(gòu)建無線 Mesh 網(wǎng)絡,可以進行數(shù)據(jù)可靠傳輸,系統(tǒng)通過 Tomcat 服務器在線發(fā)布,用戶可以在任何臺 與 Internet 相連的 PC 機上登錄本系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)查詢和系統(tǒng)管理,實現(xiàn)遠程監(jiān)測的

8、功能,并且 本系統(tǒng)采用的節(jié)能機制達到了很好的節(jié)能效果,且采集數(shù)據(jù)的精度符合要求。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)； 無線傳感器網(wǎng)絡； 數(shù)據(jù)融合； B/S 架構(gòu) 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 4 ABSTRACT The Internet of things as the third wave of information industry, its application in agriculture will solve the problem of a series of science and technology, such as distributed in wide area spac

9、e information acquisition, high efficient and reliable information transmission, and geared to the needs of different applications of intelligent decision-making, etc., will is a booster to the transformation of traditional agriculture to modern agriculture and the accelerator. Agricultural producti

10、on process, the temperature, humidity, light intensity, concentration of our fleet, moisture, and other nutrients such as the growth of the crops, the common effect of natural factors of traditional agricultural management way far not reached the standard of fine management, can be extensive managem

11、ent, in this kind of management mode, through people awareness of management environment of these parameters, cannot meet the accuracy requirements, in order to realize intelligent management of modern agriculture, to establish a practical, reliable, long-term monitoring of agricultural environment

12、monitoring system is very necessary. Therefore, this article designed the agriculture intelligent monitoring system based on Internet of things, the system can accurately in real time for the growth of the crops and environmental information for remote monitoring of the information. Paper first elab

13、orated the connotation of Internet of things and Internet of things of agriculture and architecture, the key technology of Internet of things of agriculture and the development in the future. Introduces the related concepts of data fusion, and proposed the KDF algorithm for system processing of sens

14、ory data. KDF algorithm is the data fusion algorithm based on kalman filter, can achieve reduce the redundant information and reduce energy consumption, and eliminate the interference to make a more accurate perception of the data obtained. Secondly, the paper gives the overall design of the system,

15、 and according to the design requirements, with MSP430F5438 microprocessor CC2520, rf module, rf amplifier front-end CC2591 and SHT10 such as temperature and humidity environment perception as the core, to build a sensor node hardware. Sensor node software based on the Z - Stack protocol Stack, succ

16、essful implementation of the wireless Mesh network form and reliable transmission of data. Finally, the paper introduces the PC monitoring software, PC monitoring software based on B/S structure, using JSP language under the environment of MyEclipse development, has a good human-computer interaction

17、 interface at the front desk; The background using the MySQL database, complete environmental parameter data and other useful information storage; The entire online system by the Tomcat server, the system will be able to access to the Internet, the formation of “the underlying (sensor), the Internet

18、 network, remote monitoring of the structure, make the computer are connected to the Internet can access. The system from the perspective of functions in order to develop the experimental results show that the system can be normal and stable work, wireless sensor nodes can be normal to build wireles

19、s Mesh network, can undertake data reliable transmission, online system by the Tomcat server, the user can in any PC - units are connected to the Internet login this system for data query and management, realize the function of remote monitoring, and this system adopts the mechanism of energy saving

20、 achieved good energy saving effect, and data accuracy meets the requirements. Keywords: Agricultural Internet of things; Wireless sensor network (WSN); Data fusion; B/S architecture 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 5 第一章 緒論 1.11.1 背景背景 農(nóng)業(yè)是當今世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢，中國作為一個農(nóng)業(yè)大國，對于精準農(nóng)業(yè)的需求更為 迫切，怎樣合理經(jīng)濟地以少投入獲得多回報，這不僅是可持續(xù)發(fā)展的要求，更是社會進步的 體現(xiàn)

21、。農(nóng)田的環(huán)境監(jiān)測是支撐精準農(nóng)業(yè)技術(shù)的關(guān)鍵，實時、方便、有效地采集農(nóng)業(yè)環(huán)境參數(shù) 是實現(xiàn)精準農(nóng)業(yè)的重要基礎(chǔ)。 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，即在大棚控制系統(tǒng)中，運用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的溫度傳感器、濕度傳感器、PH 值傳感器、光傳感器、CO2 傳感器等設備，檢測環(huán)境中的溫度、相對濕度、PH 值、光照強度、 土壤養(yǎng)分、CO2 濃度等物理量參數(shù)，通過各種儀器儀表實時顯示或作為自動控制的參變量參 與到自動控制中，保證農(nóng)作物有一個良好的、適宜的生長環(huán)境。遠程控制的實現(xiàn)使技術(shù)人員 在辦公室就能對多個大棚的環(huán)境進行監(jiān)測控制。采用無線網(wǎng)絡來測量獲得作物生長的最佳條 件，可以為溫室精準調(diào)控提供科學依據(jù)，達到增產(chǎn)、改善品質(zhì)、調(diào)節(jié)生長周期、提高

22、經(jīng)濟效 益的目的。 隨著世界各國政府對物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的的政策傾斜和企業(yè)的大力支持和投入，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè) 被急速的催生，根據(jù)國內(nèi)外的數(shù)據(jù)顯示，物聯(lián)網(wǎng)從 1999 年至今進行了極大的發(fā)展?jié)B透進每 一個行業(yè)領(lǐng)域?？梢灶A見到的是越來越多的行業(yè)領(lǐng)域以及技術(shù)、應用會和物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生交叉， 向物聯(lián)方向轉(zhuǎn)變優(yōu)化已經(jīng)成為了時代的發(fā)展方向，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，科技融合的加快。 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)：物聯(lián)網(wǎng)被世界公認為是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的世界信息 產(chǎn)業(yè)第三次浪潮。他是以感知為前提，實現(xiàn)人與人、人與物、物與物全面互聯(lián)的網(wǎng)絡。在這 背后，則是在物體上植入各種微型芯片，用這些傳感器獲取物理世界的各種信息，再通過局 部的無線網(wǎng)絡、互聯(lián)

23、網(wǎng)、移動通信網(wǎng)等各種通信網(wǎng)路交互傳遞，從而實現(xiàn)對世界的感知。 傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，澆水、施肥、打藥，農(nóng)民全憑經(jīng)驗、靠感覺。如今，設施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地， 看到的卻是另一番景象：瓜果蔬菜該不該澆水？施肥、打藥，怎樣保持精確的濃度？溫度、 濕度、光照、二氧化碳濃度，如何實行按需供給？一系列作物在不同生長周期曾被“模糊” 處理的問題，都有信息化智能監(jiān)控系統(tǒng)實時定量“精確”把關(guān)，農(nóng)民只需按個開關(guān)，做個選 擇，或是完全聽“指令”，就能種好菜、養(yǎng)好花。 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 6 1.21.2 物聯(lián)網(wǎng)應用物聯(lián)網(wǎng)應用 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)一般應用是將大量的傳感器節(jié)點構(gòu)成監(jiān)控網(wǎng)絡， 通過各種傳感器采集信息， 以幫助農(nóng)民及時發(fā)現(xiàn)問

24、題， 并且準確地確定發(fā)生問題的位置， 這樣農(nóng)業(yè)將逐漸地從以人 力為中心、依賴于孤立機械的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)向以信息和軟件為中心的生產(chǎn)模式，從而大量使用 各種自動化、智能化、遠程控制的生產(chǎn)設備。 （圖 1.21） 實時監(jiān)測功能 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 7 通過傳感設備實時采集溫室（大棚）內(nèi)的空氣溫度、空氣濕度、二氧化碳、光照、土 壤水分、土壤溫度、棚外溫度與風速等數(shù)據(jù)；將數(shù)據(jù)通過移動通訊網(wǎng)絡傳輸給服務管理平臺， 服務服管理平臺對數(shù)據(jù)進行分析處理。 遠程控制功能 針對條件較好的大棚，安裝有電動卷簾，排風機，電動灌溉系統(tǒng)等機電設備，可實現(xiàn) 遠程控制功能。農(nóng)戶可通過手機或電腦登錄系統(tǒng)，控制溫室內(nèi)的水閥、

25、排風機、卷簾機的開 關(guān)；也可設定好控制邏輯，系統(tǒng)會根據(jù)內(nèi)外情況自動開啟或關(guān)閉卷簾機、水閥、風機等大棚 機電設備。 查詢功能 農(nóng)戶使用手機或電腦登錄系統(tǒng)后，可以實時查詢溫室（大棚）內(nèi)的各項環(huán)境參數(shù)、歷 史溫濕度曲線、歷史機電設備操作記錄、歷史照片等信息； 登錄系統(tǒng)后，還可以查詢當?shù)?的農(nóng)業(yè)政策、市場行情、供求信息、專家通告等，實現(xiàn)有針對性的綜合信息服務。 警告功能 警告功能需預先設定適合條件的上限值和下限值，設定值可根據(jù)農(nóng)作物種類、生長周 期和季節(jié)的變化進行修改。 當某個數(shù)據(jù)超出限值時，系統(tǒng)立即將警告信息發(fā)送給相應的農(nóng) 戶，提示農(nóng)戶及時采取措施。 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)區(qū)域試驗工程工作方案 為貫徹落實黨的十

26、八大精神，切實促進工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化同步發(fā) 展，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)改造傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，不斷提高農(nóng)業(yè)資源利用率和勞動生產(chǎn)率，推動農(nóng) 業(yè)發(fā)展向集約型、規(guī)?；D(zhuǎn)變，提升農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平。農(nóng)業(yè)部決定啟動農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)區(qū)域試驗 工程（下稱區(qū)試工程），選擇有一定工作基礎(chǔ)的天津、上海、安徽三省市率先開展試點試驗 工作。為確保區(qū)試工程順利進行，制定如下方案。 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 8 1.31.3 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)圖物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)圖 （圖 1.31 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)整體框圖） 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 9 第第 2 2 章章 智能農(nóng)業(yè)理念的內(nèi)涵和架構(gòu)智能農(nóng)業(yè)理念的內(nèi)涵和架構(gòu) 目前以農(nóng)業(yè)復雜大系統(tǒng)為基礎(chǔ)從大系

27、統(tǒng)控制論和智能控制系統(tǒng)角度對智能農(nóng)業(yè)的研究 已逐漸引起重視。從控制系統(tǒng)角度來闡述智能農(nóng)業(yè)體系的應用層面，就是將各種技術(shù)集成在 一起，將農(nóng)業(yè)系統(tǒng)看成一個閉環(huán)的可控大系統(tǒng)，從更高的角度看農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的整體智能調(diào)控問 題?；诖笙到y(tǒng)控制理念的智能農(nóng)業(yè)要具備的兩個要素： （1）反饋控制。在該體系中，從信息給定、處理、核心調(diào)控，再到信號的采集、反饋都應 該形成閉環(huán)； （2）自主控制。所謂自主控制包含三層含義：一是系統(tǒng)的控制核心具備自適 應的調(diào)整能力； 二是系統(tǒng)的控制模型具備自學習和自整定能力；三是系統(tǒng)具備一定的自愈 能力。 圖 1 是文獻一基于廣義智能化大系統(tǒng)控制論構(gòu)建的多級遞階型智能農(nóng)業(yè)體系模型。在 這個

28、大系統(tǒng)中，分別對農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的產(chǎn)前、產(chǎn)中和產(chǎn)后的各個環(huán)節(jié)構(gòu)建各自的農(nóng)業(yè)子系統(tǒng)，并 設計了系統(tǒng)的三個級別。而各個子系統(tǒng)均受各自的局部協(xié)同控制器的智能調(diào)控， 同時應用 多目標優(yōu)化等智能手段做系統(tǒng)自適應尋優(yōu)。 而處于該系統(tǒng)宏觀級的協(xié)調(diào)控制器則通過觀測 遞階和遞階信息流，借助于 Internet 網(wǎng)絡將智能決策全局優(yōu)化作為給定去約束各個局部協(xié) 同控制器，從而達到整體系統(tǒng)的智能化和管控高效、合理化。 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 10 （圖 2.1 基于廣義智能化大系統(tǒng)控制論構(gòu)建的多級遞階智能農(nóng)業(yè)體系模型） 在這個遞階型智能農(nóng)業(yè)大系統(tǒng)中， 微觀級包含了農(nóng)業(yè)系統(tǒng)最底層（現(xiàn)場層） 的所有 系統(tǒng)、是大系統(tǒng)的最終控

29、制對象和信息采集對象，故由大量的傳感器組成的農(nóng)業(yè)傳感網(wǎng)、以 及由此而進化的橫向的物-物相關(guān)聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)應該處于這個層面。可以看出，這些底層網(wǎng)絡 為實現(xiàn)智能農(nóng)業(yè)大系統(tǒng)的整體最優(yōu)調(diào)控起到了非常重要的管理信號、控制信號載體的作用。 （圖 2.2） 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 11 第第 3 3 章章 對物聯(lián)網(wǎng)與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的認識對物聯(lián)網(wǎng)與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的認識 3.13.1 物聯(lián)網(wǎng)的定義物聯(lián)網(wǎng)的定義 一個無可爭辯的事實是：到目前為止，對物聯(lián)網(wǎng)還沒有統(tǒng)一的定義。 比較權(quán)威的解釋 是文獻四給出的如下 4 種定義： （1） 定義 1：把所有物品通過射頻識別（radio Frequency Identificati

30、on, RFID）和條碼等信息傳感設備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理。 該概念最早是在 1999 年由麻省理工學院的 Auto-ID 研究中心提出，實質(zhì)上等于 RFID 技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合應用； （2） 定義 2：由具有標識、虛擬個性的物體或?qū)ο笏M成的網(wǎng)絡，這些標識和個性 信息智能空間使用智能的接口與用戶、社會和環(huán)境進行通信。 這個定義出自歐洲智能系統(tǒng)集成技術(shù)平臺在 2008 年 5 月 27 日發(fā)布的題為 Internet of things in 2020的報告。該報告認為 RFID 和相關(guān)的識別技術(shù)是未來物聯(lián) 網(wǎng)的基石，因此它更側(cè)重于 RFID 的應用及物體的信息智能化； （3

31、） 定義 3：物聯(lián)網(wǎng)是以感知為目的的，實現(xiàn)人與人、人與物、物與物全面互聯(lián)的 網(wǎng)絡。其突出特征是通過各種感知方式來獲取物理世界的各種信息，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、移動通 訊網(wǎng)等進行信息的傳遞與交互，再采用智能計算技術(shù)隊信息進行分析處理，從而提升人們對 物質(zhì)世界的感知能力，實現(xiàn)智能化的決策和控制。這個概念出自我國工業(yè)和信息化部和江蘇 省聯(lián)合向國務院上報的關(guān)于支持無錫建設國家傳感器創(chuàng)新示范區(qū)（國家傳感網(wǎng)信息中心） 情況的報告 ； （4） 定義 4：物聯(lián)網(wǎng)是一個動態(tài)的全球網(wǎng)絡基礎(chǔ)設施，它具有基于標準和互操作通 信協(xié)議的自組織能力，其中物理的和虛擬的“物”具有身份標識、物理屬性、虛擬的特 性和智能的借口，并與信息網(wǎng)

32、絡無縫整合。這個概念來源于歐盟第 7 框架下 RFID 和物聯(lián) 網(wǎng)研究項目組在 2009 年 9 月 15 日發(fā)布的研究報告。該項目組的主要研究目的是便于歐 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 12 洲內(nèi)部不同 RFID 的物聯(lián)網(wǎng)項目之間的組網(wǎng)。 定義 1 和 2 主要強調(diào)物聯(lián)網(wǎng)對物體對象識別的特點；定義 3 強調(diào)物聯(lián)網(wǎng)感知實現(xiàn)物 理世界的特點；定義 4 則說明物聯(lián)網(wǎng)本身是一個全球性的基礎(chǔ)網(wǎng)絡設施。 但無論何種定義， 行業(yè)公認的物聯(lián)網(wǎng)的基本功能有三個：感知、傳輸和應用，這也是物聯(lián)網(wǎng)的三個基本層面。 圖 2 所示為物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)示意圖。 （圖 3.11 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)） 3.23.2 物聯(lián)網(wǎng)的短板物聯(lián)

33、網(wǎng)的短板 基于以上的分析，可以得出結(jié)論： （1）物聯(lián)網(wǎng)是基于 RFID 發(fā)展而來的一種網(wǎng)絡，其最明顯的優(yōu)勢是在對對象的檢測和 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 13 識別、 以及構(gòu)成了一定的信息通道，也即在于它的感知層和傳輸層面上； （2）物聯(lián)網(wǎng)的應用層面僅僅是對采集來的數(shù)據(jù)進行分析、 處理，還不具備智能控制 中的推理、 演算和發(fā)出調(diào)控指令的能力； （3）物聯(lián)網(wǎng)可能具有對采集來的數(shù)據(jù)進行一定的調(diào)節(jié)能力，但沒有對控制對象的控制、 調(diào)節(jié)能力，因為該網(wǎng)絡中沒有所說的“控制系統(tǒng)的大腦”； （4）從控制系統(tǒng)角度看，物聯(lián)網(wǎng)中的信息流是自下（感知層）向上（應用層）的單向 傳輸?shù)模?（5）單靠物聯(lián)網(wǎng)根本不可能完成

34、一個系統(tǒng)的智能的、自動的調(diào)控， 所以最終它解決 不了系統(tǒng)實現(xiàn)控制目標的問題。 故此，我們認為：針對一個控制系統(tǒng)、以及要實現(xiàn)對目標進行有效的調(diào)控而言，物聯(lián) 網(wǎng) 的這些特點是它自身的短板！ 據(jù)此，我們把物聯(lián)網(wǎng)只能看成一個控制系統(tǒng)的反饋檢測通道 是 謂恰當?shù)?。如圖 3 所示。 （圖 3.21 物聯(lián)網(wǎng)在控制系統(tǒng)的位置示意） 3.33.3 對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的認識對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的認識 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 14 將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用到農(nóng)業(yè)系統(tǒng)、特別是農(nóng)業(yè)現(xiàn)場級的信號檢測與傳輸中，便構(gòu)成了農(nóng)業(yè) 物聯(lián)網(wǎng)的基本框架。 目前所有論述物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應用無外乎是給出了幾個在農(nóng)業(yè)檢 測 中的應用例子，如葡萄設施栽培生

35、態(tài)無線傳感和滴灌智能控制系統(tǒng)例子、 蔬菜智能培育控 制系統(tǒng)例子、 林業(yè)病蟲害與防火預警系統(tǒng)例子、 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在區(qū)域農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測應 用例子等。我們認為這些都僅僅涉及到傳感器如何在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的應用、以及如何構(gòu)建檢測 傳輸網(wǎng)絡問題，還沒有涉及到對農(nóng)業(yè)被控對象如何進行智能的、自動調(diào)控的問題。也因此， 我們認為這樣的例子僅僅說明：利用物聯(lián)網(wǎng)的概念，解決了檢測與信息傳輸?shù)氖虑椤?那么 這 樣的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)無疑是初級的、和不成熟的，還沒有上升到物聯(lián)網(wǎng)的高層面上，如物-物相 連！ 那么，如何按照物聯(lián)網(wǎng)的定義構(gòu)建一個適合智能農(nóng)業(yè)大系統(tǒng)控制要求的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)則是 一個值得重視的問題。 首先要明確的是：網(wǎng)絡是信息的載

36、體，而不是控制系統(tǒng)的全部。物聯(lián)網(wǎng)也好、傳感網(wǎng)也 罷，要看它為誰服務。 基于農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的低成本和實用性、通用性、一網(wǎng)多用等要求，我們 應 該將農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的功能進行擴展。考慮到與農(nóng)業(yè)大系統(tǒng)控制系統(tǒng)相融合， 這里我們提出將 農(nóng) 業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應該向如下幾方面拓展的建議： （1） 不僅將其設計為控制系統(tǒng)的檢測、反饋通道，還要利用這個信道完成控制信息的前 向傳輸任務，即控制、調(diào)控任務；因此農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)必須具備信號的雙向流動能力； （2） 留有一定的帶寬； （3） 網(wǎng)絡堅強、穩(wěn)定； （4） 組網(wǎng)成本低，網(wǎng)絡節(jié)點低功耗； （5） 開發(fā)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡控制器，并具備與任何傳感器和執(zhí)行器有即插即用的兼容接口； 以上考慮

37、的出發(fā)點是建立在目前暫時無需在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)物-物、人-物相聯(lián)的功能，因為這 些功能的實現(xiàn)勢必需要農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)成為無主控制系統(tǒng)即控制系統(tǒng)中的各個節(jié)點誰都可 以成為控制核心。而這些功能顯然在目前農(nóng)業(yè)控制領(lǐng)域中還不適用。 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 15 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 16 第四章 傳感層 4.1 傳感層設計 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的精準農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設計節(jié)點是組成基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的精 準農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的基本單位，包括傳感節(jié)點和網(wǎng)關(guān)節(jié)點。傳感節(jié)點是監(jiān)測系統(tǒng)傳感層的 基本組成單元，網(wǎng)關(guān)節(jié)點則是網(wǎng)絡層的硬件基礎(chǔ)，它們的硬件設計對整個系統(tǒng)的功能、性能 都至關(guān)重要。本文分別對傳感節(jié)點和網(wǎng)關(guān)

38、節(jié)點進行了硬件設計。 4.2 傳感節(jié)點設計 傳感節(jié)點通過傳感器部分采集農(nóng)情信息，經(jīng)由處理單元進行簡單轉(zhuǎn)換、處理，由無線 收發(fā)模塊傳給上級節(jié)點。結(jié)合其功能特點傳感節(jié)點的結(jié)構(gòu)框如圖 2 示。傳感節(jié)點的微處理 器單元和無線傳輸單元采用 CHIPCON 公司的 CC2430 芯片，它是一款基于 ZigBee 協(xié)議，集成 了 80C51 內(nèi)核處理器的芯片和 zigBee 無線收發(fā)模塊，是一種比較成熟的無線傳感器節(jié)點解 決方案。 （圖 4.21 傳感器節(jié)點結(jié)構(gòu)示意圖） 本系統(tǒng)中濕度、溫度測量采用 TDR 一 3A 型土壤溫濕度傳感器，該傳感器集溫度和濕度 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 17 測量于一體，具

39、有密封、防水、精度高的特征，是測量土壤溫濕度的理想儀器。光強測量采 用推出的第二代光強數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片 TSL2561，它可直接通過 12C 總線協(xié)議由微控制器訪問， 微控制器則通過對其內(nèi)部的 16 個寄存器的讀寫來實現(xiàn)對 TSL2561 的控制。光纖 pH 值傳感器 用于測量土壤 pH 值，基于 pH 值的變化將導致光纖傳感探頭中光頻譜特性變化這一原理，經(jīng) 放大電路秭 AD 轉(zhuǎn)換器能得到數(shù)字輸出，然而這種方法的缺點是在土壤干燥時誤差較大。 此外，外部時鐘電路用于控制整個系統(tǒng)的運行頻率；串行通信接口作為程序調(diào)試和下載 接口；復位電路用來恢復系統(tǒng)死機或程序跑飛等意外情況；電源模塊負責整個節(jié)點的能量供

40、 應。 4.3 網(wǎng)關(guān)節(jié)點設計 網(wǎng)關(guān)節(jié)點兼具匯聚節(jié)點和網(wǎng)關(guān)的功能，一方面收集無線傳感器網(wǎng)絡發(fā)來的農(nóng)情信息，另 一方面將這些信息經(jīng)過初步的處理，通過無線收發(fā)模塊(如 GPRS 模塊、3G 模塊等)以及 3G 網(wǎng)和 GPRS 網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)的交換，通過互聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)關(guān)可以發(fā)送農(nóng)情信息到遠程監(jiān)測中 心并且接收遠程監(jiān)測中心發(fā)來的命令。具體結(jié)構(gòu)框如圖 3 所示。 （圖 4.31 網(wǎng)關(guān)節(jié)點結(jié)構(gòu)示意圖） 因網(wǎng)關(guān)節(jié)點的數(shù)據(jù)處理工作任務繁重，對資源需求較高，而且要求成熟的網(wǎng)絡協(xié)議支持， 故采用三星公司的 ARM9 處理器$3C2410。該處理器采用 018 仙 m 制造_I 藝的 32 位微控制 器，擁有獨立的

41、16 KB 指令 Cache 和 16 KB 數(shù)據(jù) Cache，MMU，支持 TFr 的 LCD 控制器， NAND 閃存控制器，3 路 UART，4 路 DMA，4 路帶 PWM 的 Timer，IO 口，RTC，8 路 10 位 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 18 ADC，Touch Screen 接口，IICBUS 接口，IISBUS 接口，2 個 USB 主機，1 個 USB 設備， sD 主機和 MMC 接口，2 路 SPI，最高可運行在 203 MHz。 （圖 4.32） 網(wǎng)關(guān)節(jié)點通過 CC2430 接收傳感節(jié)點采集到的農(nóng)情信息，并發(fā)送控制信息。通過 GPRS 網(wǎng) 絡并入互聯(lián)網(wǎng)，實

42、現(xiàn)與遠程監(jiān)測中心的通信。本系統(tǒng)中 GPRS 模塊采用 SIM5218，它支持下 行速率達 72Mbps 和上行速率為 5。76 Mbps 的數(shù)據(jù)傳輸服務，同時還具有豐富的接口包括 UART、USB20、GPIO、12C、GPIO、GPS、攝像頭傳感器和內(nèi)嵌 SIM 卡等。如需傳輸圖像， 音頻等信息，則采用 3G 模塊傳輸，選用芯訊通無線科技(上海)有限公司研發(fā)的 3G 無線傳輸 芯片：TDSCDMA Module 系列中的 SIM4200。 此外，RS485 總線接口用于必要時與本地監(jiān)測端的通信。JrIAG 調(diào)試接口和串行調(diào)試接 口主要負責程序的燒寫、調(diào)試，F(xiàn)LASH 用于掉電下的程序數(shù)據(jù)存儲

43、，SRAM 主要用于在線的仿 真，電源單元負責整個過程的能量供應。 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 19 第五章 傳輸層 5.1 傳輸層系統(tǒng)設計 農(nóng)業(yè)傳感器網(wǎng)絡的建立有幾種模式或模式組合，可以通過射頻技術(shù)自組網(wǎng)絡，中國移動 電信網(wǎng)（GPRS，GSM，3G）和互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)信息的短距和長距離的傳輸。 （圖 5.11 傳感網(wǎng)絡） 模式一、無線傳感網(wǎng)絡（WSN）是以無線通信方式形成的一個自組織多跳的網(wǎng)絡系統(tǒng)， 有部署在檢測區(qū)域內(nèi)大量的傳感器節(jié)點組成，負責感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中被感知 對象的信息，并發(fā)給觀察者。在短距離無線通信技術(shù)中，藍牙、Wi-Fi、超寬帶及 ZigBee 技 術(shù)均能應用 WSN

44、， 其中，ZigBee 技術(shù)是基于 IEEE802.15.4 標準的關(guān)于無線組網(wǎng)、安全和應 用等方面的技術(shù)標準，被廣泛應用在無線傳感網(wǎng)絡的組件中。 模式二、農(nóng)業(yè)移動互聯(lián)網(wǎng)是指移動終端（如手機、筆記本及農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)專用設備）通過 移動通信網(wǎng)絡訪問互聯(lián)網(wǎng)，并使用農(nóng)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務。由于農(nóng)村的移動通信普及率要遠遠超過 計算機的普及率，移動通信和互聯(lián)網(wǎng)二者的深度完美融合，是農(nóng)業(yè)信息傳輸?shù)闹匾l(fā)展方向。 農(nóng)業(yè)移動通信技術(shù)主要包括 GSM，GPRS，3G 技術(shù)以及未來的 4G 通信技術(shù)。 5.2 目標設計 物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)在傳輸上采取不同的網(wǎng)絡方式。近距離通訊采用 RS485 傳輸方式和 Zigbee 傳輸模式,

45、遠距離傳輸采用 3G 無線網(wǎng)絡傳輸方式。無線傳感網(wǎng)絡 WSN(Wireless Sensor Network)是融合了分布式信息處理技術(shù),傳感器技術(shù),嵌入式計算機技術(shù)和無線傳輸 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 20 技術(shù),它能夠互相協(xié)作的實事感知,監(jiān)測環(huán)境和對象的信息,并對信息進行計算和分析,在運送 到需要這些信息的用戶。 （圖 5.21 診斷監(jiān)控管理平臺） WSN(無線傳感網(wǎng)絡)由許多傳感器節(jié)點組成。每一個傳感器由數(shù)據(jù)處理裝置,數(shù)據(jù)采集裝 置(A/D 轉(zhuǎn)換器,傳感器)和控制模塊(存儲器,MCU),通信裝置(無線收發(fā)器)和供電裝置等組成,如 下圖 1 所示。每個節(jié)點在網(wǎng)絡中可以充當數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)點或類

46、頭節(jié)點(Cluster Head Node)的節(jié) 點應用。作為數(shù)據(jù)采集裝置,數(shù)據(jù)采集裝置采集周圍環(huán)境的數(shù)據(jù)信息(光照強度和濕度等)。 傳感器網(wǎng)絡節(jié)點框圖通過路由協(xié)議將數(shù)據(jù)傳給遠方的基站(Base station);作為數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn),節(jié) 點除了完成數(shù)據(jù)采集,還要收發(fā)力矩節(jié)點的數(shù)據(jù),然后再將其發(fā)送到更近的節(jié)點或基站;類頭 節(jié)點負責采集該范圍內(nèi)所有節(jié)點的數(shù)據(jù),經(jīng)過匯合發(fā)送到匯節(jié)點或基站。 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 21 第六章 應用層 6.1 系統(tǒng)設計 目標設計內(nèi)容主要包含：ZigBee 協(xié)議棧，GPRs，3G 協(xié)議棧的程序編寫以及傳感節(jié)點和網(wǎng) 關(guān)節(jié)點的軟件設計?；?ZigBee 技術(shù) GPRS3

47、G 技術(shù)已較為成熟，本系統(tǒng)采用現(xiàn)成的協(xié)議棧 程序，而主要工作重心放在傳感節(jié)點和網(wǎng)關(guān)節(jié)點的軟件設計上。又由于傳感節(jié)點和網(wǎng)關(guān)節(jié)點 的功能特點，工作任務有所差異，因此分開討論。 （圖 6.11） 6.2 傳感節(jié)點的主程序設計 傳感節(jié)點相當于網(wǎng)關(guān)節(jié)點的子節(jié)點，自組織式聯(lián)網(wǎng)，是物聯(lián)網(wǎng)傳感層中的基層環(huán)節(jié)，直 接與物聯(lián)網(wǎng)的目標測量相關(guān)聯(lián)，將農(nóng)情信息轉(zhuǎn)換為有效的開關(guān)量進行傳遞，主要工作有：等 待網(wǎng)關(guān)節(jié)點喚醒、采集農(nóng)情信息、發(fā)送數(shù)據(jù)、進入休眠等，具體工作流程如圖 4 所示。 傳感節(jié)點通常情況下處于休眠模式，當接收到上級節(jié)點的命令被喚醒后，便馬上發(fā)送請 求加入網(wǎng)絡，等待網(wǎng)關(guān)節(jié)點的應答成功加入網(wǎng)絡后，開始進行農(nóng)情信

48、息如土壤溫濕度、光強、 pH 值等的采集并傳輸給命令發(fā)送端節(jié)點，上級節(jié)點發(fā)送應答位，確定接收成功后，傳感節(jié) 點又轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)，這樣循環(huán)往復。 6.3 網(wǎng)關(guān)節(jié)點的主程序設計 網(wǎng)關(guān)節(jié)點主要負責建立并管理網(wǎng)絡，允許或拒絕任何一個傳感節(jié)點入網(wǎng)，并將各傳感節(jié) 點的數(shù)據(jù)收集發(fā)送至互聯(lián)網(wǎng)，監(jiān)控端通過互聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)的讀取、記錄。網(wǎng)關(guān)節(jié)點一直在 T 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 22 作狀態(tài)，不會休眠。它的工作過程一般分為：等待監(jiān)測命令，建立網(wǎng)絡，加入節(jié)點，等待數(shù) 據(jù)信息，發(fā)送數(shù)據(jù)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點的具體工作流程如圖 5 所示。 （圖 6.31 工作流程） 在建立網(wǎng)絡時，網(wǎng)關(guān)節(jié)點會不斷地搜索空的信道，如果搜索到某一信道

49、，被另一網(wǎng)關(guān)節(jié) 點占用，則重新搜索，直到搜到空信道，其立即做相應標識，準備建立自己的網(wǎng)絡。當一個 傳感節(jié)點要求加入網(wǎng)絡時，它會發(fā)送請求，網(wǎng)關(guān)節(jié)點根據(jù)自己的資源需求決定是否加入傳感 節(jié)點，如果選擇加入此節(jié)點，則給它分配一個網(wǎng)絡地址，構(gòu)成新網(wǎng)絡。同時傳達監(jiān)測命令給 下級節(jié)點，等待接收數(shù)據(jù)，接收成功后發(fā)送至遠程檢測端和本地監(jiān)測站。 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 23 第七章 智能協(xié)同控制器與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用層的接口 在本文論述的智能農(nóng)業(yè)大系統(tǒng)中，其控制性能一般體現(xiàn)在農(nóng)業(yè)資源的協(xié)調(diào)配置、能耗約 束和產(chǎn)出優(yōu)化的調(diào)控方面上，故智能協(xié)同控制器是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，也是智能控制的一種體 現(xiàn)。 那么智能協(xié)同控制器如何

50、與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)有良好的接口則又是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 基于上述 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的拓展結(jié)構(gòu)，我們不妨按照如圖 7.11 所示的體系來研究接口問題。 （圖 7.11 智能協(xié)同控制器與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的接口示意） 圖中所示，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡控制器起著承上啟下的關(guān)鍵作用，而其具備怎樣的接 口將是至關(guān)重要的。這里按照物聯(lián)網(wǎng)的一般定義， 我們設計了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡控制器的結(jié) 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 24 構(gòu)如圖 7.12 所示。 (圖 7.12 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡控制器架構(gòu)) 在這個架構(gòu)中，我們設計的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應具備四層功能：感知層、傳輸層、處理層和應 用層。而網(wǎng)絡控制器融合了處理層和應用層的內(nèi)容，并在 I/O 界面設計了接口

51、 A 和接口 B。 接口 A 用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域傳感器的即插即用，比如常用的 RS232、RS485 等，而接口 B 則用于 網(wǎng)絡外部拓撲傳輸接口，如以太 TCP/IP 等，這里定義為與智能農(nóng)業(yè)協(xié)同控制器的接口。對 于網(wǎng)絡控制器的設計要求建議具備如下功能： （1） 融合以太網(wǎng)（Ethernet） 、并基于 TCP/IP 通訊標準的接口 因為目前工業(yè)控 制領(lǐng)域的控制網(wǎng)絡,無論是有線的、還是無線的已經(jīng)向用以太網(wǎng)絡取代各種現(xiàn)場總線的方向 發(fā)展，并大量兼容 TCP/IP 標準。因此今后絕大部分傳感器的網(wǎng)絡接口都具備基于 TCP/IP 協(xié)議的以太網(wǎng)接口； 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 25 （2） 具備路由器

52、（Hub）功能，并含有網(wǎng)關(guān) 這是作為數(shù)據(jù)雙向傳輸?shù)囊话阋蠖O 計的； （3） 具備數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)融合功能 這里我們定義其具備數(shù)據(jù)融合能力是基于將有用 的、關(guān)聯(lián)信息在此就地進行融合處理，然后將結(jié)果發(fā)往上位智能協(xié)同控制器，其可以極大地 避免遠程數(shù)據(jù)傳出的數(shù)據(jù)丟失、和海量數(shù)據(jù)導致數(shù)據(jù)通道擁塞問題發(fā)生，又可以減輕智能協(xié) 同控制器的在線運算負擔； （4） 具備數(shù)據(jù)暫存能力和防火墻 有些時候的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸是需要等待的，故有必要 配置暫存器； （5） 報警及熱備份 作為一個具備網(wǎng)絡控制功能及數(shù)據(jù)傳輸、和調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其 故障報警及控制備份處理是必備的措施；為了實現(xiàn)智能農(nóng)業(yè)大系統(tǒng)的有效控制，這里還要求 農(nóng)

53、業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的感知層具備數(shù)據(jù)分解和數(shù)據(jù)鎖存及放大驅(qū)動能力，最后通過此通道驅(qū)動通用執(zhí) 行器完成系統(tǒng)的控制和調(diào)節(jié)動作。 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 26 第八章 物聯(lián)網(wǎng)的應用 8.1 區(qū)域試驗工程 當前，我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程明顯加快，但也面臨著資源、環(huán)境與市場的多重約束， 保障糧食安全、食品安全、生態(tài)安全的壓力依然存在，確保農(nóng)民穩(wěn)定增收的任務越來越重。 實施區(qū)試工程，對于探索農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)理論研究、系統(tǒng)集成、重點領(lǐng)域、發(fā)展模式及推進路徑， 提高農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)理論及應用水平，促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變、農(nóng)民增收有重要意義。 （圖 8.11） （一）實施區(qū)試工程，有利于把握物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的特點及在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應用規(guī)律，

54、 探索形成農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展模式。信息技術(shù)是新生事物，是多學科技術(shù)的集成，兼具系統(tǒng)性和 整體性。農(nóng)業(yè)是個古老產(chǎn)業(yè)，兼具地域性、季節(jié)性和多樣性，這就決定了信息技術(shù)改造傳統(tǒng) 農(nóng)業(yè)的復雜性和艱巨性。實施區(qū)試工程，研究物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在不同產(chǎn)品、不同領(lǐng)域的集成、組 裝模式和技術(shù)實現(xiàn)路徑，逐步構(gòu)建農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用模式，促進農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)理論研究、適 用技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)，探索構(gòu)建國家農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)標準框架體系及相關(guān)公共服務平臺，將為推動 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 27 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)大發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。 （2）實施區(qū)試工程，有利于積累農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用經(jīng)驗，促進農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)科學發(fā)展。目 前，我國農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用尚處于嘗試性起步

55、階段，整體應用水平和建設規(guī)模明顯落后于電力、 醫(yī)療、環(huán)保等其它行業(yè)。各地農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用示范基本呈各自為戰(zhàn)、散兵游勇式發(fā)展，點多 面廣，嚴重缺乏頂層設計，為示范而示范的現(xiàn)象較普遍，重復投入問題較突出，可持續(xù)發(fā)展 商業(yè)模式較少。實施區(qū)試工程，有利于逐步理清發(fā)展思路、明確發(fā)展方向和重點，為全面、 整體、系統(tǒng)推進農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)積累經(jīng)驗。 （圖 8.12） （三）實施區(qū)試工程，有利于調(diào)動地方農(nóng)業(yè)部門積極性，整合各方力量共同推進農(nóng)業(yè)物 聯(lián)網(wǎng)應用。雖然一些地方農(nóng)業(yè)部門發(fā)展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的積極性較高，但由于缺乏穩(wěn)定投入，系 統(tǒng)推動的后勁明顯不足，一定程度上影響了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)效果發(fā)揮和長遠發(fā)展。實施區(qū)試工程， 不僅有利于

56、調(diào)動地方農(nóng)業(yè)部門積極性，更重要的是通過政府工程項目的示范、引導和帶動， 能夠促進社會各方資源整合、形成合力，共同推進農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 28 （圖 8.13） 8.2 目標和重點任務 （1）工程目標。 開展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用理論研究，探索農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用主攻方向、重點領(lǐng)域、發(fā)展模式 及推進路徑；開展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)與系統(tǒng)集成，構(gòu)建農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用技術(shù)、標準、政策 體系；構(gòu)建農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)公共服務平臺；建立中央與地方、政府與市場、產(chǎn)學研和多部門協(xié)同 推進的創(chuàng)新機制和可持續(xù)發(fā)展的商業(yè)模式；適時開展成功經(jīng)驗模式的推廣應用。 （圖 8.21） 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 29 （2

57、）總體思路。 按照“統(tǒng)一規(guī)劃、系統(tǒng)設計、領(lǐng)域側(cè)重、統(tǒng)分結(jié)合、整體推進、跨越發(fā)展”的總體思 路組織實施。遵從“先集中規(guī)劃后分區(qū)試驗，先集中建平臺后組裝集成，先試點試驗、積累 經(jīng)驗后推廣應用”的指導思想分步推進實施。在系統(tǒng)規(guī)劃設計的同時，支持天津、上海和安 徽根據(jù)各自經(jīng)濟、社會及農(nóng)業(yè)發(fā)展水平和產(chǎn)業(yè)特點，分別以設施農(nóng)業(yè)與水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì) 量安全全程監(jiān)控和農(nóng)業(yè)電子商務推進、大田糧食作物生產(chǎn)監(jiān)測為重點領(lǐng)域開展試驗示范，力 圖探索形成農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)可看、可用、可持續(xù)的推廣應用模式，逐步構(gòu)建農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)理論體系、 技術(shù)體系、應用體系、標準體系、組織體系、制度體系和政策體系，并在全國范圍內(nèi)分區(qū)分 階段推廣應用。

58、（三）重點任務 一是研究和部署農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)公共服務平臺。面向農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)重大行業(yè)應用，重點突破多 源信息融合、海量信息分布式管理、智能信息服務等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)公共服務平 臺，開展面向農(nóng)業(yè)資源規(guī)劃與管理、生產(chǎn)過程精準管理、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源等領(lǐng)域的共性 的服務。 （圖 8.22） 二是研究和制定一批農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用行業(yè)標準。聯(lián)合產(chǎn)學研用單位，研究和編制農(nóng)業(yè)領(lǐng) 域條形碼（一維碼、二維碼） 、電子標簽（RFID）等的使用規(guī)范，制修訂一批農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳 感器及傳感節(jié)點、數(shù)據(jù)采集、應用軟件接口、服務對象注冊以及面向大田、設施農(nóng)業(yè)、農(nóng)產(chǎn) 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 30 品質(zhì)量安全監(jiān)管應用等方面標準。

59、 三是中試和熟化一批農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)和裝備。圍繞區(qū)域主導產(chǎn)業(yè)，重點中試和熟化 動植物環(huán)境（土壤、水、大氣） 、生命信息（生長、發(fā)育、營養(yǎng)、病變、脅迫等）傳感器， 研制成熟度、營養(yǎng)組分、形態(tài)、有害物殘留、產(chǎn)品包裝標識等傳感器，開展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 和裝備的系統(tǒng)引進和自主研發(fā)，加強動植物生長過程數(shù)字化監(jiān)測手段、模型研究，突破農(nóng)業(yè) 物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)。 四是形成一批可推廣的技術(shù)應用模式。針對設施農(nóng)業(yè)與水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、農(nóng) 業(yè)電子商務、大田糧食作物生產(chǎn)等的監(jiān)測監(jiān)控，分別研發(fā)系列專用傳感、傳輸、控制等設備， 開發(fā)相應的軟件和管理信息系統(tǒng)，從而構(gòu)建全程技術(shù)體系及可持續(xù)發(fā)展機制。 五是培育農(nóng)

60、業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)。按照引進消化吸收再創(chuàng)新的思路，圍繞農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的感知識 別、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、智能控制和信息服務等環(huán)節(jié)，積極引導和推進農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設備制 造、軟件開發(fā)及相關(guān)服務，培育一批農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化研究基地、中試基地和生產(chǎn)基地，促 進農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。 （圖 8.23） 六是強化政策措施研究。總結(jié)區(qū)試工程經(jīng)驗，研究提出促進農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用推廣的政策 建議，積極推動相關(guān)政策措施出臺，營造農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的良好環(huán)境。 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 31 8.3 試驗布局 圍繞天津、上海和安徽農(nóng)業(yè)特色產(chǎn)業(yè)和重點領(lǐng)域，統(tǒng)籌考慮行業(yè)及產(chǎn)業(yè)鏈布局，逐步 實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的滲透和試點省市的整體

61、推進。 （一）天津設施農(nóng)業(yè)與水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)試驗區(qū) 天津毗鄰北京，經(jīng)濟和交通條件好，區(qū)位優(yōu)勢明顯。設施農(nóng)業(yè)發(fā)達，目前擁有高標準設 施農(nóng)業(yè)面積 60 萬畝，水產(chǎn)養(yǎng)殖面積 62 萬畝，規(guī)?；a(chǎn)養(yǎng)殖小區(qū) 55 個，蔬菜和水產(chǎn)品自 給率高。試驗重點是在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范基地、龍頭企業(yè)、農(nóng)民專業(yè)合作社和水產(chǎn)養(yǎng)殖小區(qū)等開 展設施農(nóng)業(yè)與水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用示范，探索不同種類農(nóng)產(chǎn)品、不同類型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營 主體農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用模式；開展農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)市場物流信息化管理，探索利用信息技術(shù)構(gòu)建新 型農(nóng)產(chǎn)品流通格局，有效減少交易環(huán)節(jié)，提高交易效率。 一是設施農(nóng)業(yè)與水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境信息采集技術(shù)產(chǎn)品集成應用。選擇現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范基地、龍

62、頭企業(yè)、農(nóng)民專業(yè)合作社和水產(chǎn)養(yǎng)殖小區(qū)，探索不同種類農(nóng)產(chǎn)品、不同類型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營主 體農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用模式及可持續(xù)商業(yè)模式。 二是設施農(nóng)業(yè)生命信息感知技術(shù)引進與創(chuàng)新。積極引進消化吸收國外先進的作物生命信 息感知技術(shù)和設備，實現(xiàn)農(nóng)作物徑流、葉面溫度、蒸騰量等作物關(guān)鍵生理生態(tài)信息在線獲取， 實現(xiàn)即時灌溉決策與在線營養(yǎng)診斷。 （圖 8.31） 三是設施蔬菜病蟲害和水產(chǎn)病害特征信息提取與預警防控。融合設施環(huán)境、視頻、動植 物生命感知信息，引進創(chuàng)新設施農(nóng)業(yè)病蟲害和水產(chǎn)主要病害特征信息提取技術(shù)，實現(xiàn)設施農(nóng) 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 32 業(yè)主要作物的重點病蟲害和水產(chǎn)主要病害信息實時提取與預警、事前防治

63、與控制。 四是探索設施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用平臺與服務模式。集成現(xiàn)有農(nóng)業(yè)信息服務系統(tǒng)，構(gòu)建設施 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)集成應用服務平臺，面向農(nóng)業(yè)主管部門、生產(chǎn)基地、農(nóng)民專業(yè)合作社、基層農(nóng)技 人員、農(nóng)戶等提供多渠道、內(nèi)容豐富的設施農(nóng)業(yè)與水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)應用服務；總結(jié)形成可持 續(xù)、可推廣的設施農(nóng)業(yè)與水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)應用服務模式。 五是農(nóng)產(chǎn)品交易流通平臺。以天津韓家墅海吉星農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)市場為主體，綜合利用物聯(lián) 網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)，開展農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯，實現(xiàn)物流、配送、倉儲高效管理，并依托深圳農(nóng) 產(chǎn)品股份有限公司分布在全國的 26 個農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)市場，探索構(gòu)建“產(chǎn)地裝車、銷地卸車、 網(wǎng)上交易撮合、單品種全國互聯(lián)互通”的新型農(nóng)產(chǎn)品流通

64、格局。 （二）上海農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管試驗區(qū) 上海是國際化大都市，農(nóng)產(chǎn)品主要依靠外阜輸入，保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全是一項重大民生 工程，探索應用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開展農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管試驗，對確保大中城市食品安全具有普 遍意義。試驗重點是農(nóng)產(chǎn)品（水稻、綠葉菜、動物及動物產(chǎn)品）生產(chǎn)加工、冷鏈物流和市場 銷售等環(huán)節(jié)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用，借助無線射頻識別技術(shù)和條碼技術(shù)，搭建農(nóng)產(chǎn)品監(jiān)管公共服 （圖 8.32） 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 33 務平臺，實現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、流通等環(huán)節(jié)全過程智能化監(jiān)控，有效追溯農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、運輸、 儲存、消費全過程信息。 一是建設農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)管理物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。集成無線傳感器網(wǎng)絡，研究生產(chǎn)環(huán)境信

65、息實 時在線采集技術(shù)，研究生產(chǎn)履歷信息現(xiàn)場快速采集技術(shù)，開發(fā)農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)管理物聯(lián)網(wǎng)系 統(tǒng)，實現(xiàn)產(chǎn)前提示、產(chǎn)中預警和產(chǎn)后反饋。 二是建設農(nóng)業(yè)投入品監(jiān)管物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，建立水稻、綠葉菜等農(nóng)產(chǎn)品田 間操作電子化檔案，對農(nóng)業(yè)投入品進行規(guī)范管理，做到來源清楚，領(lǐng)用清晰，用量明確。 三是農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引進與創(chuàng)新。引進、消化國外農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)先進技術(shù)，在 消化吸收相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)上，研制集多種傳感器、車輛定位、無線傳輸于一體的冷鏈物流過程 監(jiān)測設備，力爭在穩(wěn)定性、可靠性、低成本和低能耗方面有進展。開發(fā)農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流過程 監(jiān)測與預警系統(tǒng)，實現(xiàn)基于物流過程的實時化監(jiān)測與智能化決策。 四是農(nóng)產(chǎn)品全

66、程質(zhì)量安全監(jiān)管物聯(lián)網(wǎng)應用平臺構(gòu)建與服務模式創(chuàng)新。構(gòu)建農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安 全監(jiān)管綜合數(shù)據(jù)庫，開發(fā)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管物聯(lián)網(wǎng)應用平臺，提供從農(nóng)田到餐桌為主線的 物聯(lián)網(wǎng)綜合應用服務，實現(xiàn)以追溯為核心的多方式溯源服務。培育農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用示范基地、 示范企業(yè)與工程技術(shù)研究中心。積極探索商業(yè)化服務模式。 五是農(nóng)產(chǎn)品電子商務平臺應用示范。以農(nóng)產(chǎn)品電子商務平臺建設為突破口，重點支持農(nóng) 產(chǎn)品電子商務與農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)的深度融合，加快建設和推廣從農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)至終端銷售全程 追溯的應用系統(tǒng)，搭建農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)銷服務信息平臺。 （三）安徽大田生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)試驗區(qū) 安徽是典型的農(nóng)業(yè)大省，對保障國家糧食安全具有重要意義。試驗以大田作物“四情” （苗情、墑情、病蟲情、災情）監(jiān)測服務為重點，通過遠程視頻監(jiān)控與先進感知相結(jié)合的農(nóng) 情數(shù)據(jù)信息實時采集、高效低成本信息傳輸和計算機智能決策技術(shù)的集成應用，實現(xiàn)大田作 物全生育期動態(tài)監(jiān)測預警和生產(chǎn)調(diào)度。 一是建設大田作物農(nóng)情監(jiān)測系統(tǒng)?；趥鞲芯W(wǎng)數(shù)據(jù)采集，集成開發(fā)大田作物農(nóng)情監(jiān)測系 統(tǒng)，實現(xiàn)對農(nóng)田生態(tài)環(huán)境和作物苗情、墑情、病蟲情以及災情的動態(tài)高精度監(jiān)測。