基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能農業(yè)應用系統

摘要：立足現代農業(yè)智能化發(fā)展和實(shí)際需求，合理選用ZigBee技術(shù)、無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)枝術(shù)、傳感器技術(shù)、RFID技術(shù)、單片機智能控制技術(shù)、條碼識別技術(shù)、嵌入式TCP／IP技術(shù)、GSM通訊技術(shù)、GPRS通訊技術(shù)、GPS全球定位技術(shù)、DTU遠程傳送技術(shù)、TTS語(yǔ)音合成技術(shù)、自適應網(wǎng)關(guān)切換技術(shù)等物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，設計了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能農業(yè)應用系統。該系統包括農業(yè)產(chǎn)品環(huán)境監測與培育平臺系統、農業(yè)產(chǎn)品運輸管理與控制系統、農業(yè)產(chǎn)品銷(xiāo)售與分配管理系統等三個(gè)子系統，可通過(guò)遠程交互方式來(lái)解決農作物的智能監測和培育、運輸、銷(xiāo)售等階段的一些實(shí)際問(wèn)題，最終實(shí)現農作物的科學(xué)培育、精準運輸、產(chǎn)品溯源等智能農業(yè)應用。
關(guān)鍵詞：智能農業(yè)；物聯(lián)網(wǎng)；ZigBee；RFID；自適應切換；遠程交互

0 引言
以感知和智能為特征的新技術(shù)的出現和相互融合，使得未來(lái)信息技術(shù)的發(fā)展由互聯(lián)網(wǎng)轉向物與物互聯(lián)信息主導的物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)是在計算機互聯(lián)網(wǎng)的基礎上，利用無(wú)線(xiàn)通信、傳感器、RFID等技術(shù)，構造一個(gè)覆蓋世界上萬(wàn)事萬(wàn)物的“Internet of Things”。物聯(lián)網(wǎng)被稱(chēng)為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，將催生一個(gè)巨大的新興產(chǎn)業(yè)。2009年，溫家寶總理到中科院無(wú)錫高新微納傳感網(wǎng)絡(luò )工程技術(shù)研發(fā)中心考察時(shí)，提出建立“感知中國”傳感信息中心，更加推動(dòng)了我國在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2009年，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展已被列入中國國家級重大科技專(zhuān)項，與新能源、綠色制造等并列為國家五大新興戰略性產(chǎn)業(yè)。
物聯(lián)網(wǎng)已成為當前世界新一輪經(jīng)濟和科技發(fā)展的戰略制高點(diǎn)之一，發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)對于促進(jìn)經(jīng)濟發(fā)展和社會(huì )進(jìn)步具有重要的現實(shí)意義。為抓住機遇，明確方向，突出重點(diǎn)，加快培育和壯大物聯(lián)網(wǎng)，根據我國《國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展第十二個(gè)五年規劃綱要》和《國務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》，工業(yè)和信息化部制定了《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規劃》。
目前，我國物聯(lián)網(wǎng)在安防、電力、交通、物流、醫療、環(huán)保等領(lǐng)域已經(jīng)得到應用，且應用模式正日趨成熟。在安防領(lǐng)域，視頻監控、周界防入侵等應用已取得良好效果；在電力行業(yè)，遠程抄表、輸變電監測等應用正在逐步拓展；在交通領(lǐng)域，路網(wǎng)監測、車(chē)輛管理和調度等應用正在發(fā)揮積極作用；在物流領(lǐng)域，物品倉儲、運輸、監測應用廣泛推廣；在醫療領(lǐng)域，個(gè)人健康監護、遠程醫療等應用日趨成熟。除此之外，物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)境監測、市政設施監控、樓字節能、食品藥品溯源等方面也開(kāi)展了廣泛的應用。

1 物聯(lián)網(wǎng)的概念
物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱(chēng)叫“The Internet of Things”，簡(jiǎn)稱(chēng)IOT。物聯(lián)網(wǎng)的定義是：通過(guò)射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網(wǎng)絡(luò )。即物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，這有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上的延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò )；第二，其用戶(hù)端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通訊。這里的“物”要滿(mǎn)足以下條件才能夠被納入物聯(lián)網(wǎng)的范圍：
(1)要有相應信息的接收器；
(2)要有數據傳輸通路；
(3)要有一定的存儲功能；
(4)要有CPU；
(5)要有操作系統；
(6)要有專(zhuān)門(mén)的應用程序；
(7)要有數據發(fā)送器；
(8)遵循物聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議；
(9)在世界網(wǎng)絡(luò )中有可被識別的唯一編號。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能農業(yè)應用系統
隨著(zhù)中國經(jīng)濟近30年來(lái)的快速發(fā)展，農業(yè)生產(chǎn)資源緊缺和農業(yè)對資源消耗過(guò)大的問(wèn)題對農業(yè)發(fā)展的制約愈發(fā)明顯。農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將先進(jìn)的傳感、通信和數據處理等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用于農業(yè)領(lǐng)域，構建智能農業(yè)系統，是解決農業(yè)發(fā)展滯后問(wèn)題的有效方法。
2．1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能農業(yè)應用系統架構
針對農業(yè)的培育、運輸、分配等環(huán)節設計了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能農業(yè)應用系統，其總體框架模型如表1所列。

本文選用ZigBee、RFID、傳感器、單片機智能控制、Code39、QR解析、嵌入式TCP／IP、GPRS、GSM、GPS、DTU、TTS以及具有自適應切換的網(wǎng)關(guān)等技術(shù)搭建了智能監測與培育、運輸管理與控制、銷(xiāo)售與溯源這三個(gè)子系統組成的應用系統模型。系統模型中所有電路的PCB設計、程序接口、網(wǎng)關(guān)以及上位機交互均為自主設計，設計制作功能模塊總計有23種。每個(gè)子系統或是模塊都結合實(shí)際應用考慮，融合了不同的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構架而成。三個(gè)組成子系統很好地體現了物聯(lián)網(wǎng)的層次結構，解決了農作物從培育到最后銷(xiāo)售各個(gè)環(huán)節的實(shí)際問(wèn)題。雖然三個(gè)子系統功能目不同，但是技術(shù)層次上又都是密切關(guān)聯(lián)的，相互配合達到了智能農業(yè)應用系統的要求。