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无线传感网技术在现代设施农业中的应用开发
时间:2018-02-28 11:47 点击:
本文来自:论文网
利用无线传感网等技术来设计现代农业管理的自动化。基于无线传感网、高速传输网络、视频监控等物联网核心技术,实现农业种植环境的全面实时监控管理,达到科学施肥与种植环境参数的实时调整,促进植物的良好生长,提高生产效率。由于采用了物联网技术,具备了灵活应用和扩充的能力,适用于大面积的智能农业自动化管理。 
  关键词:无线传感网;设施农业;视频监控;农业种植 
  中图分类号:S126 文献标识码:A 文章编号:0517-6611(2016)07-296-04 
  Abstract:The wireless sensor network technology was adopted to design modern agricultural planting management automation. Based on wireless sensor network, highspeed transmission network, video monitoring and other things of the core technology of Internet of things, comprehensively realtime monitoring and management of agricultural planting environment was realized, realtime adjustment of scientific fertilization and planting environment parameters was achieved, thus to promote plants’ good growth and improve production efficiency. The Internet of things technology, with a flexible application and expansion capacity, is appropriate for largearea intelligent agricultural automation management. 
  Key words:Wireless sensor networks; Facility agriculture; Video surveillance; Agricultural planting 
  一直以来,我国农业种植大都采用传统种植管理方式,农作物的生产效率不高。农作物的生长依赖于土壤和气候等主要环境因素,长期以来经验型的管理模式难以有效控制和管理好种植环境的变化,使得化肥和水资源等没有被充分有效利用,导致了大量养分损失并造成环境污染,影响了农业的可持续发展[1]。近年来,信息技术的突飞猛进为智能农业的发展提供了机遇。设施农业种植方式的推广与应用极大地提高了部分农作物的生产效率与产量。当前,农业大棚种植方式已成为快速高效生产蔬菜和水果的主要方法,在农业大棚种植环境中,pH、光照度、湿度、CO2浓度、温度等因素对作物的种植有很大影响,采用人工控制方式难以做到科学种植,而利用信息化技术来实现农业大棚种植环境的自动化管理具有很大优势[2]。 
  目前,我国设施农业大棚的应用发展十分迅速,如南京万宏测控技术有限公司开发了“智能农业物联网系统”;国外大棚信息化管理系统发展比较早,但是大多价格偏贵,不适合我国国情。笔者根据当前我国的现实情况,经过科学分析和设计,利用无线传感网、宽带网络和视频监控等技术优势,设计实现集智能监测、智能决策和实时控制于一体的智能农业大棚信息化管理系统。 
  1: 无线传感器网络 
  无线传感器网络(WSN)是由分布在一定区域内静止或移动的传感器节点组成,这些节点以自组织和多跳的方式构成无线传输网络。无线传感网以协作地感知、采集、处理和传输被感知对象的信息,并最终把这些信息发送给网络的所有者,完成对感知区域的监控与管理。无线传感器网络系统结构见图1。 
  无线传感器网络采用Zigbee技术,是一种近距离、低复杂度、低功率、低数据速率、低成本的无线通信技术, 
  Zigbee技术本身建立在IEEE802.15.4协议基础之上,无线通信一般使用2.4 GHz波段,采用跳频技术。它的主要特点是:大规模、自组织、动态性、可靠性和以数据为中心。网络拓扑结构有3种类形:星形结构、网状结构和簇状结构。网内节点设备按其功能不同分成全功能设备(FFD)和半功能设备(RFD)2类,其中FFD设备具有数据转发和路由功能。 
  无线传感器网络由终端节点、数据转发节点和协调器节点组成。终端节点负责感知对象信息的采集,经数据转发节点的多跳路由,完成数据信息的传输,最终汇聚到协调器节点,通过协调器接入远程传输网络。 

  2:设施种植系统架构 
  设施农业是随着工程技术的发展而出现的,近年来物联网技术的突飞猛进,给设施农业的发展插上了腾飞的翅膀。设施种植大棚以无线传感器网络为基础,采用常见的3层体系结构[3],见图2。 
  2.1:信息采集层(感知): 
  这是整个设施种植管理系统的基础和前提。在农业大棚种植环境中,pH、光照度、湿度、CO2浓度、温度等植物生长因素是系统管理的基础信息,为此前端感知信息子系统要布设至少5大类传感器来采集,如CO2浓度的信息,这些信息依据事先设定的采样频率间隔实时进入协调器节点,协调器节点与中心控制器交互通信,当大棚空间较大时,也可增设转发节点,达到信息准确安全进入中心控制器。另外,为了实时调节大棚室内环境和植物生长的情况,按需设置设备控制节点和视频摄像头,设备控制节点如抽风机控制,当大棚室内CO2浓度偏高时,要自动启动抽风机来降低CO2的浓度,通过实时图像的采集观察植物生长态势。感知节点、中心控制器、设备控制节点、协调器节点和视频摄像头组成一个前端无线传感网实现大棚室内环境多类环境参数的采集与反馈控制。
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