基于物聯(lián)網技術的智能農業(yè)應用系統(tǒng)

摘要：立足現(xiàn)代農業(yè)智能化發(fā)展和實際需求，合理選用ZigBee技術、無線組網枝術、傳感器技術、RFID技術、單片機智能控制技術、條碼識別技術、嵌入式TCP／IP技術、GSM通訊技術、GPRS通訊技術、GPS全球定位技術、DTU遠程傳送技術、TTS語音合成技術、自適應網關切換技術等物聯(lián)網關鍵技術，設計了一種基于物聯(lián)網技術的智能農業(yè)應用系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括農業(yè)產品環(huán)境監(jiān)測與培育平臺系統(tǒng)、農業(yè)產品運輸管理與控制系統(tǒng)、農業(yè)產品銷售與分配管理系統(tǒng)等三個子系統(tǒng)，可通過遠程交互方式來解決農作物的智能監(jiān)測和培育、運輸、銷售等階段的一些實際問題，最終實現(xiàn)農作物的科學培育、精準運輸、產品溯源等智能農業(yè)應用。
關鍵詞：智能農業(yè)；物聯(lián)網；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的出現(xiàn)和相互融合，使得未來信息技術的發(fā)展由互聯(lián)網轉向物與物互聯(lián)信息主導的物聯(lián)網。物聯(lián)網是在計算機互聯(lián)網的基礎上，利用無線通信、傳感器、RFID等技術，構造一個覆蓋世界上萬事萬物的“Internet of Things”。物聯(lián)網被稱為繼計算機、互聯(lián)網之后，世界信息產業(yè)的第三次浪潮，將催生一個巨大的新興產業(yè)。2009年，溫家寶總理到中科院無錫高新微納傳感網絡工程技術研發(fā)中心考察時，提出建立“感知中國”傳感信息中心，更加推動了我國在物聯(lián)網領域的技術研究和產業(yè)發(fā)展。2009年，物聯(lián)網技術發(fā)展已被列入中國國家級重大科技專項，與新能源、綠色制造等并列為國家五大新興戰(zhàn)略性產業(yè)。
物聯(lián)網已成為當前世界新一輪經濟和科技發(fā)展的戰(zhàn)略制高點之一，發(fā)展物聯(lián)網對于促進經濟發(fā)展和社會進步具有重要的現(xiàn)實意義。為抓住機遇，明確方向，突出重點，加快培育和壯大物聯(lián)網，根據我國《國民經濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》和《國務院關于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產業(yè)的決定》，工業(yè)和信息化部制定了《物聯(lián)網“十二五”發(fā)展規(guī)劃》。
目前，我國物聯(lián)網在安防、電力、交通、物流、醫(yī)療、環(huán)保等領域已經得到應用，且應用模式正日趨成熟。在安防領域，視頻監(jiān)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(jiān)測等應用正在逐步拓展；在交通領域，路網監(jiān)測、車輛管理和調度等應用正在發(fā)揮積極作用；在物流領域，物品倉儲、運輸、監(jiān)測應用廣泛推廣；在醫(yī)療領域，個人健康監(jiān)護、遠程醫(yī)療等應用日趨成熟。除此之外，物聯(lián)網在環(huán)境監(jiān)測、市政設施監(jiān)控、樓字節(jié)能、食品藥品溯源等方面也開展了廣泛的應用。

1 物聯(lián)網的概念
物聯(lián)網的英文名稱叫“The Internet of Things”，簡稱IOT。物聯(lián)網的定義是：通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、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)網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡。即物聯(lián)網就是“物物相連的互聯(lián)網”，這有兩層意思：第一，物聯(lián)網的核心和基礎仍然是互聯(lián)網，是在互聯(lián)網基礎上的延伸和擴展的網絡；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通訊。這里的“物”要滿足以下條件才能夠被納入物聯(lián)網的范圍：
(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(tǒng)；
(6)要有專門的應用程序；
(7)要有數據發(fā)送器；
(8)遵循物聯(lián)網的通信協(xié)議；
(9)在世界網絡中有可被識別的唯一編號。

2 基于物聯(lián)網技術的智能農業(yè)應用系統(tǒng)
隨著中國經濟近30年來的快速發(fā)展，農業(yè)生產資源緊缺和農業(yè)對資源消耗過大的問題對農業(yè)發(fā)展的制約愈發(fā)明顯。農業(yè)物聯(lián)網將先進的傳感、通信和數據處理等物聯(lián)網技術應用于農業(yè)領域，構建智能農業(yè)系統(tǒng)，是解決農業(yè)發(fā)展滯后問題的有效方法。
2．1 基于物聯(lián)網技術的智能農業(yè)應用系統(tǒng)架構
針對農業(yè)的培育、運輸、分配等環(huán)節(jié)設計了基于物聯(lián)網技術的智能農業(yè)應用系統(tǒng)，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關等技術搭建了智能監(jiān)測與培育、運輸管理與控制、銷售與溯源這三個子系統(tǒng)組成的應用系統(tǒng)模型。系統(tǒng)模型中所有電路的PCB設計、程序接口、網關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。每個子系統(tǒng)或是模塊都結合實際應用考慮，融合了不同的物聯(lián)網技術構架而成。三個組成子系統(tǒng)很好地體現(xiàn)了物聯(lián)網的層次結構，解決了農作物從培育到最后銷售各個環(huán)節(jié)的實際問題。雖然三個子系統(tǒng)功能目不同，但是技術層次上又都是密切關聯(lián)的，相互配合達到了智能農業(yè)應用系統(tǒng)的要求。