智慧农业监控系统的开发与应用研究

摘要：物联网技术作为信息产业的第三代浪潮，其发展与应用为人与物、物与物之间的信息交换创造了一个全新的平台。分析了基于物联网的智慧农业的发展和作用，分析了智慧农业监控系统的软、硬件结构，阐述了智慧农业监控系统的应用。

关键词：物联网；智慧农业；LoRa

中图分类号：TP399 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）33-0272-02

1 智慧农业

随着信息技术和物联网的发展，各行各业都加速了信息化手段的应用，智能化水平不断提高。农业是关系国计民生的重要基础产业，其高效、安全生产是重中之重。近年来随着信息化的发展，农业生产中也开始积极利用信息技术来实现农业现代化。智慧农业采用了物联网、云计算、互联网和移动互联等技术，通过无线通信网络实现对农业生产现场中各个传感节点信息（如CO2浓度、光照、温度、湿度等）的采集和传输，从而为农业生产提供智能分析和决策，实现智能预警和可视化管理。与传统农业主要依赖自然资源和人力相比，智慧农业能更加精准、智能的控制农业生产，提升农业生产的效率，加速农业现代化的进程。

2 智慧农业监控系统的设计

智慧农业监控系统主要包括数据采集模块和智能控制模块。如图1所示。数据采集模块是利用各类传感器采集对大棚温室中影响农作物生长的重要数据进行采集，如CO2浓度、土壤的含水量、溫湿度以及光照情况。系统的视频监控功能也是数据采集的重要部分，通过视频监控可以全方位采集和监测到农作物的生长情况，这些实时图像数据为农业专家决策提供了重要依据，为农作物的病害虫防治以及科学施肥提供重要帮助。系统智能控制模块通过无线传感网络获取到所采集到的数据，对数据进行存储、对比和分析，实现对农业设备（如卷帘、灌溉设备、风机等）的自动精准控制，从而使农作物获得最适宜生长的环境。

智慧农业监控系统硬件设施主要包括采集传感器、远程视频监控、气象监测、LoRa无线传输以及智慧农业监控管理平台。

环境参数的采集是智能大棚温室控制的基础和关键，而这一工作是由传感器完成的。传感器包括土壤PH传感器、光照度传感器、空气温湿度传感器和土壤温湿度传感器等。通过物联网系统可连接传感器采集：环境温湿度、光照度、风速、二氧化碳浓度、土壤温度、土壤水分、土壤盐分、PH值等。

视频监控主要采集的是大棚温室内视频图像，是大棚温室内数据信息的有效补充。主要是采用高清摄像头对大棚温室内的农作物的生长情况进行一个全方位、实时的反馈。从而为农业生产活动提供有益的指导和帮助。根据视频监控系统反馈的数据，系统会自动开启或关闭相关农业设备，以为农作物提供最优的生长环境。目前常见的有通风控制系统、补光灯控制系统、遮阳控制系统、水阀精准控制系统、卷帘机控制系统等。

气象监测主要完成气象信息的全天候监测，主要有风向、风速、空气温湿度等。智慧农业监控管理平台根据气象站提供的天气环境，可以做到提前控制或调节大棚温室中的各农业设备，为防灾减灾以及科学生产和管理提供帮助。

LoRa具有超远通讯距离、超高安全可靠性、超低功耗、超低成本等优点，随着网络和通信技术的发展，被作为各种广域密集型采集控制的首选网络，在智慧农业中得到了广泛的应用。智慧农业监控系统的底层为多个LoRa节点负责监测数据的采集。网关作为基站，一方面用于传递信息到监控中心，是监控中心和监控网络之间的接口。另一方面发挥了网络协调器的功能，负责数据汇集、网络的建立和维护。

智慧农业监控管理平台是自动化控制系统的核心，负责大棚温室中所采集信息的存储、检索、分析和管理。提供了人机交互的接口，负责控制命令的发送和管理。工作人员可通过智慧农业监控管理平台发送控制指令，远程控制大棚温室内的农业设备，实现智能化、无人操作和管理。

3 智慧农业监控系统的应用

智慧农业监控系统在实际应用中实现了大棚温室内数据采集和显示、设备管理和控制。

在系统的实时显示区，如图2所示，可查看传感器、网关等设备的实时通讯状态及数据，传感器实时数据包括：农场蔬菜大棚的温度、湿度值、设备通信状态、洒水状态、当前洒水模式、传感器上一次通信时间、洒水开始时间等。网关实时数据包括：设备地址、设备安装位置、当前通信状态等。

设备管理功能能实现对系统中网关（网络通信设备）、传感器的管理功能。设备管理界面如图3所示：

在添加网络设备功能中可输入网关IP地址、端口号、安装位置，完成网关添加工作；在网络通信模块配置修改界面，网关IP不允许修改，可编辑端口号、安装位置等信息。在传感器配置界面中，选择所属模块，选择传感器地址，输入安装位置，选择模式自动洒水模块等信息后可完成传感器的添加工作。

自动控制功能实现了洒水策略的设定、洒水计划发送和远程控制。洒水策略模块负责配置整个系统的洒水策略库，以为所有的传感器提供洒水策略选择数据源。发送计划是指修改传感器的自动洒水计划后需要手动发送该计划至传感器端，以使传感器可根据本计划自动定时洒水。因传感器具有自动洒水功能，传感器会根据配置洒水计划到时自动洒水，故传感器具有时钟功能，需对其进行校时，系统具有手动校时和自动校时功能，自动校时由系统定时6小时以广播命令形式自动校时，手动校时需用户手动操作完成。系统除具有传感器定时自动洒水功能外，还具有手动远程洒水功能，此功能可远程控制传感器洒水方式。

参考文献：

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[2] 刘伟，张益铭.物联网关键技术[J].数字技术与应用，2011（6）：172.

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[5] 李道亮.物联网与智慧农业[J].农业工程，2012（1）：1-2.

【通联编辑：光文玲】