物联网技术在智慧农业中的应用_周文武.pdf

2023 年 5 月下71Agricultural Machinery and Agronomy农机与农艺物联网技术在智慧农业中的应用周文武1，宋巧玲1，吴旭东2（1.衡阳技师学院，湖南 衡阳 421000；2.江西陶瓷工艺美术职业技术学院，江西 景德镇 333000）摘要：【目的】为突破农业领域数据采集困难与智能化程度低等技术发展瓶颈，建设农业物联网，制定农业物联网解决方案至关重要。【方法】本研究利用嵌入式技术、PLC技术、ZigBee组网、计算机网络技术等物联网技术，通过搭建物联网技术在智慧农业的网络链路环境，设计了物联网技术的四层结构图，包括硬件层、网关层、云平台层和应用层。设计了智慧农业网络链路、大棚种植自动化管理控制系统、环境监测子系统和安防监控子系统。【结果】通过建设实时、动态的物联网信息采集系统，可以实现快速、多维、多尺度的信息实时监测，实现农牧业智能监控、智能控制以及农业的可视化、精细化管理。【结论】在智慧农业中应用物联网技术，实现农业生产的自动化控制、信息共享等功能，促进传统农业转型升级，助推我国农业的现代化发展。关键词：物联网；智慧农业；网关；ZigBee中图分类号：S126；TP391 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-3872.2023.10.0220 前言物联网技术是通过在物体表面或者内部安装探测感应装置，在网络环境下将收集的数据传输到指定的云平台中，云平台通过各种技术将大量的物品连接起来，形成物品互联互通的现象1。物联网技术包括传感器技术、网络技术和应用层技术等，利用物联网云平台可以存储和传输传感器和执行器等设备的信息，形成一个智能的传感网络环境。目前，物联网技术已经被广泛应用于各行各业，在环境的监测、温度的控制等农业领域已经取得了显著的效果2。随着人们生活水平的不断提升，人们对农副产品的需求已由“量变”转为“质变”，对农副产品质量提出了更高的要求。但是传统农业大多是依靠人工经验管理，缺乏系统的科学指导，往往会出现资源利用率低、人工耗费大、管理不完善等问题。因此，制定农业物联网解决方案，建设农业物联网，学会利用物联网进行管理就显得非常有必要3。通过建设实时、动态的物联网信息采集系统，实现快速、多维、多尺度的信息实时监测，并在采集的数据与专业知识系统的基础上，实现农牧业智能监控、智能控制，突破了以往数据采集困难与智能化程度低等技术发展瓶颈，可以实现农业精细化管理。1 物联网技术在智慧农业中的应用1.1 大棚种植自动化管理控制子系统物联网技术在农业设施方面的应用主要是在农业生产中，利用物联网技术建立智能温室，对温室大棚进行自动化、智能化管理，合理调整农作物生长环境，能够极大地提高农产品质量和产量。大棚种植自动化管理控制系统在提高经济效益的同时，节省了人力、物力成本，实现农民与消费者的双赢，助推了农业设施的广泛应用4。1.2 环境监测子系统利用物联网技术部署各类传感器，如 CO2传感器、噪声传感器等，通过 PLC 系统控制单元进行程序修改和运行监控，再把数据信息显示在LED屏上。将远程控制模块、各类传感器通过交换机组成一个局域网，将监测到的数据通过物联网网关上传到云平台，用户可以使用手机、电脑等设备访问云平台，实时了解监测到的各种传感器数据信息，如CO2含量、噪声强度、有害气体浓度等信息。通过云平台的策略设置，可以制定一些规则，如到达某个特定的阈值就关闭某个设备。1.3 安防监控子系统农场储物仓内存放有大量牲畜所需的干饲料，为了保证饲料存储安全，储物仓内需监测是否有火焰、是否有烟雾、是否有盗贼进入等。当感应到以上信息后，各种监测数据会上传到云平台，触发事先设定好的策略规则，进行现场报警或者远程报警5。2 物联网技术在智慧农业中的实践研究小组通过搭建物联网技术在智慧农业中的网络链路环境，设计了物联网技术的四层结构图，包括硬件层、网关层、云平台层和应用层6，如图1所作者简介：周文武（1969），男，湖南衡阳人，硕士研究生，讲师，研究方向为电子技术、物联网及计算机。722023 年 5 月下Agricultural Machinery and Agronomy农机与农艺示。物联网技术在智慧农业中的应用主要包括：网络链路系统、大棚种植自动化管理控制系统、环境监测子系统和安防监控子系统这4个主要系统，物联网技术在智慧农业中的整体结构如图2所示。图1物联网技术的四层结构图图2物联网技术在智慧农业中的整体结构图2.1 网络链路系统在网络链路系统中安装的设备有交换机、RS485设备（数字量）、路由器、中心网关、NEWPort、协调器。网络设备连线图如图3所示，为了保证网络的稳定畅通，一般采用网线连接，路由器WAN口接外网，路由器LAN1口与NEWPort串口服务器连接，路由器LAN2口与物联网中心网关连接，路由器LAN3口与智能识别筒形网络摄像机连接，路由器LAN4口与LoRa网关连接。NEWPort串口服务器既可以把TCP/IP协议的数据包解析为串口数据流，也可以将串口数据流打成TCP/IP协议的数据包，从而实现数据的网络传输，把现有的RS232接口的数据转化为IP端口的数据，这样就能够将传统的串行数据送上流行的IP通道。物联网中心网关具有广泛的接入能力、强大的管理能力和协议转换能力三大功能。物联网网关通过无线或者有线网络连接外网，物联网中心网关通过USB口连接ZigBee协调器，485口连接ADAM-4150（数字量）与ADAM-4017（模拟量），通过地址来区分4150与4017设备。物联网中心网关如图4所示，物联网中心网关连线图如图5所示。路由器LAN口WAN口物联网中心网关智能识别筒形网络摄像机物联网开发终端串口服务器LoRa网关图3网络设备连线图图4物联网中心网关图5物联网中心网关连线图2.2 大棚种植自动化管理控制系统大棚种植技术是一种比较常见的技术，它具有较好的保温性能，因为在任何时间都可以种植反季节的农作物而深受大众欢迎。在种植大棚农作物的过程中，由于大棚内密闭，易产生一些有害物质，进而阻碍农作物的生长。因此，要正确控制棚气，并合理运用棚气7。大棚种植自动化管理控制系统需要监测大棚内温湿度（ZigBee）信息，最佳温度为22 30，当温度超出最佳温度范围时，恒温机启动运行，否则恒温机停止运转。为保证大棚内农作物能进行更多的光合作用，促进生长，需要实时监测大棚内光照（ZigBee）数值，当光照值不足100 Lx时，会自动启动大棚内部照明灯提供照明服务。该系统选取CC2530芯片的单片机进行嵌入式开发，通过BasicRF点对点传输协议，利用IAR软件进行嵌入式程序开发，组建ZigBee网络，最终汇聚到2023 年 5 月下73Agricultural Machinery and Agronomy农机与农艺ZigBee协调器，由协调器连接物联网中心网关对温湿度、光照度等数据进行上报，同时在物联网云平台中设置一定的阈值，可以自动化、智能化启动和停止恒温机、照明灯。2.3 环境监测子系统环境监测子系统可以实时监测活动场所内的温湿度（四输入）情况、CO2（四输入）数值是否超标、噪声（四输入）是否过大。活动场所内安装 LED 显示屏，可以实时显示监测到的各种传感数据信息，同时将监测数据同步到云平台上，并在应用上实时显示相应的数据8-9。2.4 安防监控子系统安防监控子系统可以监测储物仓内是否有火焰（ZigBee火焰传感器），是否有烟雾（RS485设备-数字量），是否有人翻越闯入（红外对射装置）。当感应到有火或者烟、有人翻越闯入时，会亮起储物仓外的报警灯（RS485设备-数字量），其中各种监测数据需要同步到云平台上，并在应用上实时显示相应的数据10。3 总结我国现代农业已经发展到智慧农业的高级阶段，本文通过研究物联网技术在农业领域的应用，设计智慧农业网络链路、大棚种植自动化管理控制系统、环境监测子系统和安防监控子系统，实现了农业生产过程中的自动化控制、信息共享等功能。通过实践分析，研发出以上4个子系统，通过物联网技术实现农业的可视化、精确化管理，助推我国农业生产的现代化、信息化发展，达成智慧农业发展的目标要求。参考文献：1 吴旭东，朱辉球，柳炳祥，等.基于神经网络算法对景德镇传统青花瓷鉴别研究J.中国陶瓷，2016，52(7)：109-114.2 吴旭东，柳炳祥，朱辉球，等.神经网络算法在龙泉瓷鉴别中的应用研究J.陶瓷学报，2017，38(3)：425-432.3 周健华，龙勤.基于物联网技术的智慧农业发展问题与对策J.农村经济与科技，2022，33(5)：26-29+58.4 郑钊.基于物联网技术的智慧农业发展模式研究J.农业经济，2022(2)：13-15.5 丁晔.物联网在智慧农业中的应用性研究 J.新农业，2021(22)：45.6 方廷.基于农业物联网技术的智慧农业探究J.农业技术与装备，2021(10)：80-81.7 陈伟东，李国领，叶亚伟，等.物联网在智慧农业中的应用及其比较研究J.广播电视网络，2021，28(12)：31-33.8 TAN C P，黄为民，项凤华，等.智慧农业的物联网自动化J.新农业，2021(17)：92-93.9 刘莹华.宿迁市农业物联网发展现状研究 J.市场周刊，2020，33(10)：4-6.10 尹丽.物联网在智慧农业中的应用探析J.现代农业研究，2020，26(9)：36-37.修服务系统，采用了机电一体化技术，通过传感器和互联网技术，实现了农机故障的自动诊断和预测，为农民提供了更加高效和便捷的维修服务。5 结束语机电一体化技术在国内农业机械中的应用具有广泛的前景和巨大的潜力，不仅能提高农机的自动化水平和作业效率，而且能为农民提供更加智能和高效的农业生产服务，为我国农业现代化和农机智能化发展注入新动能。参考文献：1 牟晋芳.机电一体化系统在农业机械工程中的应用J.农村经济与科技，2022，33(6)：247-250.2 彭程.机电一体化系统在农业机械工程中的应用分析J.流体测量与控制，2022，3(1)：16-18+25.3 储胜国.浅析机电一体化技术在农业机械上的优势及发展前景J.河南农业，2022(5)：53-54.4 侯宗宾.农业机械机电一体化技术的运用实践J.河北农机，2021(12)：29-30.5 孙袁帅.机电一体化技术在工程机械中的应用与发展J.造纸装备及材料，2022，51(4)：144-146.6 冯林霄，胡竣乔，钟鸣瑶.机电一体化系统在农业机械工程中的应用J.乡村科技，2018(9)：121-122.7 窦兴玉.机电一体化系统在机械工程中的应用分析J.农业工程与装备，2022，49(5)：27-29.8 罗日钦.机电一体化技术在工程机械中的应用J.南方农机，2021，52(24)：141-143.9 雷志勇.机电一体化数控技术在煤矿机械中的应用J.煤炭与化工，2021，44(S1)：80-81+126.10 陈明君.机电一体化技术在矿山机械中的应用J.矿业装备，2021(5)：264-265.（上接第58页）