智慧农业远程监控系统设计

王雪

摘 要：随着物联网技术的发展，远程监控技术获得了很大的发展空间。传统农业也开始逐渐向自动化控制的智慧农业方向发展，不但能够解放大量的劳动力，还能提高农作物产量，提高了劳动生产率。将物联网技术应用到智慧农业中，能够解决人多土少带来的粮食短缺问题。基于自动化控制技术结合物联网技术的智慧农业将是未来我国农业产业发展的主要方向，能够有效提高农业的现代水平。本文重点分析了智慧农业的远程监控系统框架设计与关键技术。

关键词：智慧农业；物联网技术；远程监控；系统设计

中图分类号：S220.2 文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190430013

前言

随着信息科学技术的不断发展，人们的社会生活水平得到了前所未有的改善。同时也带动了农业的智慧化发展，国内外相关行业纷纷将研究重点转向农业智能化控制方向。我国从古至今都是一个农业大国，农业现代化技术水平程度普遍还是比较低，特别是在我国的广大偏远的农村地区。如何通过科学技术生产出高质优产的农产品，同时解放劳动生产力，通过更少的人力解决农业生产问题。随着物联网技术的不断发展，农业的自动化控制、智能化管理成为了研究学者研究的主题，实现农作物生长的实时监测的智慧化农业也成为了人们重点研究的领域。目前智慧化农业主要采用的是物联网技术、加上各类控制器件、传感器器件。通过各种传感器获得的数据进行实时显示并进行相应光强度、pH值、二氧化碳含量、土壤养分的控制，确保作物生长的最佳生成环境。远程控制的实现使技术人员能够监视和控制办公室内多个温室的环境。利用各类传感器来测量农作物生长所处的环境，可以为温室精确控制、实现增产、提高品质等目标提供科学依据。

1 系统总体设计

智慧农业远程监控系统是利用物联网、移动传感、互联网、云服务等信息技术，对农作物生长过程进行准确监控和自动控制，实现及时报警和农作物的科学管理。智能农产品网络系统的推广应用，减少了农业劳动力，提高了农业生产效率，加快我国现代智慧农业的发展。本系统的主要包括有：数据处理管理系统，环境监测系统，生长因子监控系统，电气控制系统，数据传输系统。智能农业生长因子监测是整个监测系统的核心。智慧农业远程监控系统结构框架图如图1所示。

1.1 信息感知技术

农业信息识别技术是智能农业的基础，是智能农业的神经末梢，是整个农业智慧链中最大、最基本的需求环节。农业信息识别技术主要涉及各类传感器技术。传感器技术在智慧农业网中发挥着不可替代的作用。农业传感器主要收集有关各种农业因素的信息，包括光、温度、水、肥料和作物。同时还包括各类外界环境的空气环境，如氨气或二氧化硫、空气中的粉尘、水滴、气溶胶浓度、温度、湿度等参数、溶解氧、酸碱度等参数。

1.2 信息传输技术

信息传输是智慧农业发展的关键技术。其中使用最多的就是各类无线传感器，由于农业的特殊地理环境，无线网络是智慧农业中最常用的网络。无线传感器网络将农业中各部分有机的结合在一起，一般需要由多个传感器组成，将整个区域连成一片区域。在智慧农业信息传输领域，常用的技术主要有WiFi技术、GPRS/3G/4G网络技术、ZigBee技术。智慧农业无线网络和安全应用技术，它广泛应用于农田灌溉、农业资源监测等无线传感器网络的建设。

本系统选择的传输技术的4G技术，采用的是华为的4G芯片完成无线网络的搭配，考虑到系统成本问题，4G芯片采用AT配置方式实行透明传输，通过华为云完成无线数据的组网功能。

1.3 信息处理技术

信息处理是远程监控的基础，是获取数据结果的重要处理方式，它包括云计算、地理信息、专家、决策等信息系统。“云计算”在多台计算机的存储库中分配计算任务，并根据需要计算各种应用程序的计算能力、存储空间和对各种软件服务的访问。智能农业中大量的认知信息需要有效的信息处理技术。云计算可以实现信息存储资源和计算能力的分布式共享，提供支持大容量信息的智能信息处理功能。地理信息主要包括农作物的生长环境管理、作物苗木、病虫害发生率、作物产量、空间信息的地理统计处理等空间信息数据库。为了进行图形转换和表现，为辨证提供了有意义的分析。专家系统（Concept System，ES）是利用领域特定的专业知识，通过推理计算机代理来模拟复杂的、特定的问题，这些计算机代理可以由人类专家解决，并实现与专家相同的问题解决能力。发展农业专家的目的是利用计算机技术，在农业专家多年积累的知识和经验的基础上，克服时间和空间的局限，回答、解释、判断需要解决的农业问题，即作出决断。建议计算机在农业活动中与人类农业专家相似。决策支持系统（DSS）是一种通过数据、模型和知识来进行决策的计算机信息系统。农业决策支持系统应用非常广泛，无论是农作物种植、农业设备设计、农业养殖信息管理等众多领域。智能控制技术（ICT）是控制理论发展的新阶段，它主要用于解决农作物生长信息处理的复杂控制问题系统。目前，信息处理技术的主要是实时处理、精确分析、模糊控制等方面还有待技术提高。

2 系統硬件设计

本系统采用AT89C51为MCU。AT89C51是一种8位MCU，功耗比较低，可编程Flash存储器达到8KB大小。AT89C51是Atmel公司生产的一款高效低成本单片机，通过采用了非易失性的存储技术进行设计制造，与工业级别80C51产品在程序设计方面完全可以相互交换。AT89C51在低功耗等控制功能比较简单的领域有广泛的应用前景。

数据采集包括各类农业传感器，主要包括温度传感器、光传感器、湿度传感器、土壤成分分辨传感器等，同时还包括各类控制器件，包括通风光照、温湿度，数据处理等控制器。

利用土壤温湿度传感器、二氧化碳浓度传感器、空气温湿度传感器检测相应参数，准确监测影响作物生长的环境因素，促进作物高效高产。这是提高农业整体效益的关键。数据传输模块用于将无线收集器收集的各种环境参数上传到服务器管理平台。同时，从服务器发送的命令被发送到控制器。基于4G网络，向温室各控制节点发出控制命令。通过对温室电气设备的远程实时控制，创造了一个舒适的作物生长环境。

3 软件设计

智能农业将功能划分为应用层、管理层、基础功能层和数据层，模块化复杂系统的功能逻辑，明确各功能点与模块中不同模块之间的数据交互和调用关系。下面的数据库设计和详细的实现提供了清晰的思路。智能农业监测系统是基于B/S模式的系统平台。由于Internet和计算机技术的普及和推广，C/S结构已经不能适应现代全球网络互联、系统升级和数据共享的新挑战。B/S（浏览器/服务器）模式是一种改进的C/S结构，通过访问智能农业监测系统网页来管理用户的远程登录、查询和监测系统。它不仅满足了农业信息远程实时访问的要求，而且降低了系统开发和维护的难度。通过采集环境参数和主机指令，进行套接字通信。因此，通信模块是系统的关键部分，关系到系统整体运行的可靠性。客户端可以将收集到的各种环境因素数据分组并发送到服务器。服务器可以根据协议反转数据。所分析的数据存储在对应于mysql数据库表的字段中。智能农业监测系统中较重要的功能模块有：用户管理模块、管理员管理模块、生长因子监测模块、历史数据查询模块、电气设备控制模块。连续改进、调试、运行和智能农业监测系统的几个重要功能模块已达到预期效果；可以运行整个系统来发现智能农业监测系统。

4 总结

本文是基于AT89C51控制的智慧农业远程监控系统的设计。在设计过程中采用了各类农业传感器来采集农作物生成环境的各种参数，并通过4G无线组网网络完成区域的组网，同时实现数据的实时传输到室内监控系统进行作物生成的实时生成环境监控。基于的联网技术的智慧农业远程监控系统的设计对于我国智慧农业的发展具有一定的促进作用，对实现我国农业智慧现代化具有一定的参考价值。智慧农业的发展及物联网技术应用给我国农业的发展提供了一个方向，向人们展示了先进科学技术对农业发展带来的巨大经济效益，让更多的农业产业主动选择进行智慧化农业生产，提高农产品产量，增加收益。在设计过程中对智慧农业主要的关键技术进行了分析，结合网络云技术实现数据实时传输、实时处理保证数据更加精准，控制更加智能。随着智慧农业数据处理技术的不断完善，通过传感器获取的数据处理的结果会更加精确。物联网技术在智慧农业中的应用能够极大的逐渐农业的智能化发展，能为农业发展方向提供便利。在目前的形势下，智慧农业是我国农业现代化发展的必然选择，物联网技術的发展为其发展提供了难得的契机。通过物联网技术带动我国农业向智慧农业发展，对农村生产力的提高具有积极作用，同时能够缩小农村与城镇间的贫富差距。物联网技术为智慧农业发展提高的可靠的技术保证，同时智慧农业也使物联网技术有了展示强大生命力的舞台，充分将物联网技术应用到我国智慧农业中，争取我国农业早日实现全面现代化。

参考文献

[1] 孟祥莲，王嘉鹏，张世龙. 基于云平台的物联网农业大棚监控系统研究[J]. 黑龙江科学，2017，8（15） ：1-2.

[2] 王韦伟. 基于嵌入式WEB服务器和ZigBee技术的智能家居远程监控系统设计与实现[D]. 南京理工大学，2014.

[3] 徐晓雨，张旭，朱勇. 基于物联网技术的智慧农业监控系统设计[J]. 信息记录材料，2018，19（5）：100-102.

[4] 杨宝朔，漆昌桂，李志敏. 基于物联网的温室远程智能监控系统的研究[J]. 物联网技术，2017，7（10）：54-55.

[5] 张成良. 基于ZigBee的远程田间监控系统设计与研究[D]. 山东农业大学，2016.