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时间:2020-07-05 03:26  编辑:汉寿信息网

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三江学院

本科生毕业设计(论

文)

题目物联网在智能农业中的应用

电气及其自动化工程院(系)电气及其自动化专业

学生姓名学号

指导教师职称讲师

起讫日期2015.3.17-2015.6.22

设计地点图书馆

物联网在智能农业中的应用

摘要

物联网是新一代信息技术的重要组成部分。物联网的英文名称叫“The Internet of things”。顾名思义,物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层意思:第一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;第二,其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间,进行信息交换和通信。因此,物联网的定义是:通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物体与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。人类历史进入新的时期,农业生产也随着人类文明的发展而有了巨大的飞跃。从生产工具、生产方式的不断更新中,我们的农作物产量不断提升。刀耕火种的日子一去不复返,人们的生活水平也有了很大的提升。高科技可以促进农业发展方式的转变,智能管理可以实现各类农业资源的高效利用,也可以实现改善环境这一可持续发展目标;以最少的或最节省的投入达到同等收入或更高的收入,并改善环境,高效地利用各类农业资源,取得经济效益和环境效益。

关键词:物联网精确农业农业应用

引言 (4)

物联网基本定义: (4)

现代智能农业的定义: (4)

1研究背景和意义 (6)

1.1研究的背景 (6)

1.2智能精确农业实例介绍 (6)

1.3研究的现实意义 (7)

2研究目标 (8)

2.1无线网络监控平台 (8)

2.2农业灌溉控制系统 (9)

3农业应用中各类传感器简介 (9)

3.1各类传感器产生背景 (9)

3.2各类传感器简介 (10)

4精准农业的数字化管理系统 (11)

4.1物联网感应的智能农业灌溉系统 (11)

5在农业中的应用 (13)

5.1在农产品储运中的应用 (13)

5.2农业自动化节水灌溉 (14)

5.3农产品质量安全的应用 (14)

5.4智能农业在应用领域的未来 (15)

5.4.1.智慧农业应用系统应用更加广泛 (15)

5.4.2.数据处理系统更加精准化、智能化 (15)

5.5智能精确农业的特点 (15)

结束语 (16)

参考文献 (17)

致谢 (20)

引言

物联网基本定义:

物联网是新一代信息技术的重要组成部分。因此,物联网的定义是:通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物体与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络[1]。

现代智能农业的定义:

“精确农业”(Precision Agriculture),指的是利用全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、连续数据采集传感器(CDS)、遥感(RS)、变率处理设备(VRT)和决策支持系统(DSS)等现代高新技术,获取农田小区作物产量和影响作物生长的环境因素(如土壤结构、地形、植物营养、含水量、病虫草害等)实际存在的空间及时间差异性信息,分析影响小区产量差异的原因,并采取技术上可行、经济上有效的调控措施,区域对待,按需实施定位调控的“处方农业”;它是当今世界农业发展的新潮流,是由信息技术支持的根据空间变异,定位、定

时、定量地实施一整套现代化农事操作技术与管理的系统,其基本涵义是根据作物生长的土壤性状,调节对作物的投入,即一方面查清田块内部的土壤性状与生产力空间变异,另一方面确定农作物的生产目标,进行定位的“系统诊断、优化配方、技术组装、科学管理”,调动土壤生产力,以最少的或最节省的投入达到同等收入或更高的收入,并改善环境,高效地利用各类农业资源,取得经济效益和环境效益[2]。

1研究背景和意义

1.1研究的背景

传统的农业生产灌溉,施肥和农药,农民依靠人工计算,凭经验和感觉。和物联网的应用,如浇水时间,水果和蔬菜的化肥,农药,怎样保持精确的浓度,如何实现根据需要提供一系列不同生长期的作物已经“模糊”问题,智能信息监控系统,实时定量精度把关,农民只需按下一个开关,做个选择,或听指令”,你可以很好的食物,养花。从传统农业到现代农业,农业信息化的发展经历了4个过程计算机农业,数字农业,精准农业、智慧农业。

1.2智能精确农业实例介绍

2002,英特尔在俄勒冈率先推出了世界上第一个无线的葡萄园的建立。传感器节点分布在葡萄园的每一个角落,每一分钟检测土壤温度,湿度或区域中的有害物质的数量以确保葡萄能健康成长。研究人员发现,在葡萄园的气候的微妙变化,可以极大地影响葡萄酒的品质。通过对数据的记录和相关分析,可以准确的掌握葡萄酒和葡萄生长过程中的一天,温度,湿度的纹理,确切的关系。这是精准农业的一个典型例子,智能农业。

2008弩,发达的作物监测系统基于无线传感器网络,基于太阳能供电,可以监测土壤温度、湿度和空气温度,通过互联网浏览器为客户提供健康的植物,实时数据的长度,已经在大众在美国的应用。加利福尼亚camalie葡萄园占地4.4英亩(1英亩= 6.07亩)地区部署了20个智能节点,土壤的温度和湿度的监测网络,监测地下酒窖温度变化形成的,管理者可以通过浏览远程网络和数据管理,在网络监控管理中的应用,葡萄园的经济效益显著提高。随着20042T 生产相比,年产量2005~2007年年,达到4T,8T和5t,也提高了酒的质量,节约灌溉用水。由日本富士通富士通农场管理系统,农产品质量安全的全生命周期控制为重点,推动农业生产设施,智能化的牲畜和智能水产养殖,实现设施农业管理,农业远程监控与维护,水产养殖专业在生产全过程的智能化。

无锡阳山镇专门开发的桃源种植技术的网络监控系统,实现高科技桃子,叹,叹为观止。该镇有25亩桃种植示范基地网络,由22个传感器和三个微型气象站监测系统作为智慧的桃农”。的成本,增加经济效益的绿色农业种植模式的有效压缩,实现高产,优质农作物的目标。

1.3研究的现实意义

中国目前的农业资源匮乏,耕地污染严重,同时加入了WTO农产品市场竞争激烈,因此在我国实施精准农业示范和研究工作具有重要的战略意义。在由国家计委和北京市政府批准实施小汤山,北京昌平区小汤山现代科技示范园在精准农业示范项目,项目承担单位北京农业信息技术研究中心及合作单位率先尝试大规模、高水平的探讨。

2研究目标

2.1无线网络监控平台

监控系统的总体发展方向是数字化,智能化,自动化和网络。网络监控系统的主要趋势,大大简化和改进了方法和信息传输的速度。随着网络技术和计算机技术的发展和市场应用环境的逐步成熟,网络视频监控系统已成为监控系统的发展方向。有线网络视频监控系统需要考虑电缆布局的合理性,如特殊的地理环境,工作内容,开放的环境中,电缆的铺设要花费大量的人力和材料或无法布线。无线网络视频监控系统不需要路由,网络是灵活的,并具有远程监控,具有良好的可扩展性,可管理,易与其他系统的集成。

2.2农业灌溉控制系统

农业灌溉控制系统采用因地制宜的原则,根据不同地区、不同作物的不同需求,不同的灌溉设施,并利用计算机和采集控制器,对农田灌溉的监测和管理传感器等先进技术,保证及时有效的满足作物生长需要的水分以达到节水灌溉和节水灌溉自动化。yj-nyx农业灌溉控制系统主要由中心主控系统(主机,控制柜),电磁阀,一个土壤水分传感器(土壤水分测量的绝对值),气象观测站(可测量温度,湿度,风速,风向,降水)设备。操作人员可以坐在控制室,进行综合分析气象数据和土壤湿度数据的采集,采用手动或自动灌溉,整个社区的家。同时,它可以数据查询系统和打印系统,效益保持记录,查询,打印的气象数据,土壤水分,灌溉,灌溉整个灌区,灌溉历史数据。该系统是由多个控制单元,其中每一个是由控制单元管理。使用有线或无线GPRS网络,由中央计算机统一管理。室外空气温度和湿度传感器的结果输入到计算机并灌溉参数设置在这里,和统计的灌溉,并通过专用软件在计算机存储,显示数据和图表。同时,特殊的操作可以手动执行。通过互联网获取天气信息,对灌溉实施的可预见性。

3农业应用中各类传感器简介

3.1各类传感器产生背景

当今世界在各项技术方面都有先驱者,传感器领域也是科学发展十分重要的分支。在十五期间,国家863计划数字农业重大专项实现了农田信息采集技术的突破,推出了一批成本低、高性能的土壤水分和作物营养信息采集技术产品,基本解决了数字农业信息快速获取技术瓶颈问题。开展了农田水分、养分、作物长势、冠层生理与生态因子、品质、产量和虫害草害等信息采集关键技术研究,开发了具有自主知识产权的新型土壤水分传感器,研制了土壤和作物养分信息快速采集方法与新型配套仪器设备;在虫害与杂草动态监测系统的研究方面取得了重大进展,开发了基于称重传感器的高精度智能测产系统,解决了智能测产与谷物

品质监测系统的精度难题;使我国农业信息快速获取迈出了新的步伐[3]。

3.2各类传感器简介

为了适应现代化温室和工厂化栽培调节与环境控制(控制温度、湿度、光照、喷灌量、通风等),以培育各种秧苗,栽培各种果蔬和作物。在这个过程中,需要温度传感器、湿度传感器、PH值传感器、光传感器、离子传感器、生物传感器、CO2传感器等检测环境中的温度、相对湿度、PH值、光照强度、土壤养分、CO2浓度等物理量参数,通过各种仪器仪表实时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中,保证农作物有一个良好的、适宜的生长环境。

在粮食储藏的水果和蔬菜,,传感器也发挥着巨大的作用,冰箱的冷藏温度传感器参数实时地根据实现自动控制和保持温度的相对稳定的价值。气调库相比,冷藏贮藏保鲜,更先进的方法,除了温度之外,气调库的相对湿度(RH), O2浓度,CO2浓度,乙烯(C2H4)浓度和相应的控制指标。气调库内的温度传感器,湿度传感器控制采集系统,氧气浓度传感器,二氧化碳浓度传感器和其它物理参数,通过各种仪器仪表实时显示或作为参与自动控制参数的自动控制,确保有一个合适的存储环境,达到最佳的保鲜效果。

在作物的生长过程中还可以利用形状传感器、颜色传感器、重量传感器等来监测物的外形、颜色、大小等,用来确定物的成熟程度,以便适时采摘和收获;可以利用二氧化碳传感器进行植物生长的人工环境的监控,以促进光合作用的进行[4]。例如,塑料大棚蔬菜种植环境的监测等;可以利用超声波传感器、音量和音频传感器等进行灭鼠、灭虫等;可以利用流量传感器及计算机系统自动控制农田水利灌溉。

生物技术、遗传工程等都成为良种培育的重要技术,在这其中生物传感器发挥了重要的作用。农业科学家通过生物传感器操纵种子的遗传基因,在玉米种子里找到了防止脱水的基因,培育出了优良的玉米种子。此外,监测育种环境还需要温度传感器、湿度传感器、光传感器等;测量土壤状况需用水分传感器,吸力传感器、氢离子传感器、温度传感器等;测量氮磷、钾各种养分需要用各种离子敏传感器[5]。

在动物饲料中使用的传感器,如传感器可用于确定畜禽的新鲜。它可以是一个高精度测定鸡,鱼,肉等食品腐败变质的气味成分二甲基胺(DMA)的浓度,最低浓度达到1ppm的措施。使用这种传感器可以准确掌握肉品新鲜度的防止变质。也用于检测传感器的鸡蛋质量。

4精准农业的数字化管理系统

农业数字化管理系统是由传感节点装置。现场智能网关设备和环境数据管理平台软件第三部分,基于低功耗!自组织无线网络通信技术,如环境温度,空气相对湿度,光照强度,土壤水分,土壤温度,光合有效辐射,叶片表面的温度,湿度等叶表面的土壤,作物和细粒度的信息采集等关键环境参数,可以有效地提高农田信息采集的准确性和可靠性。无线传感器网络的土壤监测。可通过Web 的作物数据,移动电话和其他远程查看,和基于Web的数据分析界面,bingmap 基于用户界面的全新的网络节点数据管理可视化方法直观、简单。此外,现场环境监测的无线传感器网络系统具有功耗低,体积小,容易发生在高密度领域,对农业机械作业的影响较小。该系统采用无线通信技术和电池作为电源,降低了系统安装的复杂性。该系统具有智能网络功能,智能故障诊断,智能化程度高,以及系统的运行过程中几乎没有人的干预。

4.1物联网感应的智能农业灌溉系统

使用混合网络,底层是一个Zigbee监测网络,这是负责监测数据的收集。每个Zigbee监测网络的网关节点和一些土壤温湿度数据采集节点。监控网络采用星型结构,网关节点作为每个监测网络基站。网关节点具有双重功能,是发挥网络协调员的角色,负责网络的自动建立和维护,数据收集;二是作为一个监控网络和监控中心界面,与监控中心传输信息。该系统具有自动组网功能,无线网关已在侦听状态,添加一个新的无线传感器节点将网络自动发现,当无线路由器将发送节点的信息发送到无线网关,无线网关的寻址和计算路由信息,更新数据转发设备关联表。

该系统由无线传感器节点,无线路由节点,无线网关,监控中心四部分组成,通过ZigBee无线Ad Hoc网络,监控中心通过GPRS无线网关之间,水分和控制信息的传输。每个传感器节点的温湿度传感器,自动采集湿度信息,并与上下湿度对预设的界限分析,确定灌溉时需要停止。每个节点由太阳能电池供电,电池电压随时进行监控,一旦电压太低,节点将发出警告信号的电压太低,一个节点发送后成功进入睡眠状态直到功率是足够的。无线网关与ZigBee无线网络和GPRS网络,这是基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统的核心,负责无线传感器节点的管理。传感器节点和路由节点独立形成一个多跳网络。在监测区域内的温度和湿度分布的传感器,将采集的数据发送到最近的无线路由节点,路由节点根据路由算法选择建立相应的路由表的最佳路线,包括有关他们的信息和邻居

网关。通过网关的远程监控中心的数据,以方便用户的远程监控和管理。本文设计的是基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统的设计。

5在农业中的应用

5.1在农产品储运中的应用

在运输和储存过程中,环境(温度,湿度,等)是农产品质量密切相关。研究表明,在收获,中国的水果和蔬菜等农副产品的运输,储存等物流环节上的损

失率为25%~30%,而发达国家的控制[5]是5%以下的果蔬损失率。如果我们能意识到在储存和运输过程中的环境条件下的实时监控,我们可以保证农产品质量和减少经济损失。物联网技术通过各种分散的传感器对环境温度,湿度等参数的实时监控,实现了动态监控仓库或储存环境;农产品的运输过程中的位置信息查询、车辆的视频监控,及时了解内外情况调节湿度,但也可以将车辆防盗处理,一旦车辆出现异常自动报警。taoy等[6]的基础上,设计一个系统的实时监控和运输过程的温度记录的RFID技术,系统监测的温度范围是50~120,误差为1,阅读距离100m

5.2农业自动化节水灌溉

农业节水灌溉自动化传感器遥感土壤水分,并设置条件和通信接收机,阀门的开启,关闭控制灌溉系统,从而达到节水灌溉自动化的目的。由于信息传递的传感器网络,自组织网络和通信网络的时间同步,灌区的特点,节点数量不受限制,可以灵活地增加或减少轮灌组,与土壤,植物结,天气和其他测量和采集设备,通信网关的网络功能与RS和GPS技术结合灌区动态管理信息的收集和分析技术,作物需水信息采集与精量灌溉技术,专家系统技术,,,低能耗,低投入,农业节水灌溉建设多功能平台。在温室花园,绿色的花园,高速公路中央隔离带,农田井灌区,节水农业和生态模型,量化,标准化,集成技术,促进节水农业的快速、健康发展。

5.3农产品质量安全的应用

集成应用电子标签、条码技术、传感器网络、移动通信网络和计算机网络等实现农产品质量跟踪和溯源,主要由企业管理信息系统、农产品质量安全溯源平台和超市终端查询系统等功能组成。消费者通过电子触摸查询屏和带条码识别系统的手机查询农产品生产者和质量安全相关信息,也可通过上网查询了解更详细的农产品质量安全信息,从而实现农产品从生产、加工到运输、贮存、销售等整个供应链的全过程质量追溯,最终形成“生产有记录、流向可追踪、信息可查询、质量可追溯”的农产品质量监督管理新模式。Nava等[5]设计了基于RFID技术可用于牛肉供应链的溯源系统:利用RFID标签对屠宰对象、屠宰工具等进行识别;在养牛场的门口、屠宰的入口、每个屠宰工作台、牛肉存放处等地方都安装RFID阅读器。通过软件实时监测管理养殖、屠宰、储存这3个过程的情况,每个真空包装放置可擦写芯片,通过称重设备与数据库相连,以此来管理已售出的肉因为质量问题而导致的召回事件。雪月菊等

[7]

利用RFID技术,参照产品电子代码EPC

(ElectronicProductCode)标准,设计农产品供应链数据的实时采集、转换、存储与访问等信息透明化框架,为农产品物流供应链管理和农产品安全管理提供了必要的信息

5.4智能农业在应用领域的未来

5.4.1.智慧农业应用系统应用更加广泛

在未来的农业生产中,智慧农业系统的应用将更加广泛,农民看到了运用先进技术带来的效益,将主动选择适合自己农业生产的智能化系统,以提高农产品产量,增加收益。

5.4.2.数据处理系统更加精准化、智能化

在未来的农业数据处理中,随着云计算技术的不断成熟,农业数据更加精准、安全、智能。农业数据处理系统会主动分析出当地最适合种植的品种,及各种品种的优略势,以供农民选择。

5.5智能精确农业的特点

在应用领域,在广泛的应用过程中的智能化精准农业应具有以下特点:

以友好的人机界面(1)智能,傻瓜;(2)多线铺设突破了传统控制系统,工程量大,线路复杂,成本高等缺点,采用多区控制管理的分布式管理,一个独立的小区智能化总线寻址控制系统,铺设简单,精度高,可控区域范围;相比国外(消毒喷雾帘((3)远程自动控制,参数在线实时显示,精度高,真正实现“在家种田”;4综合加热系统,通风系统,遮阳/内保温系统、外遮阳系统,CO2施肥系统,空气循环系统,植物保护系统,高压喷雾降温系统,湿帘,风机系统,屋面系统,辅助照明系统,灌溉施肥系统,废物回收系统,电气及计算机控制系统等于一体,多功能的真正实现,很多地方使用;5自主开发设计,和温室控制系统,该系统成本低,维护方便;

结束语

对人民最基本的生存和发展相关的农业命脉。在科学技术迅猛发展的今天,在生产和管理的传统农业太粗糙了,已经不能满足现在的要求,合理的种植。同时,随着网络信息技术的飞速发展,物联网在农业上的应用,它具有促进农业信息化、智能化的重要意义。

参考文献

[1]田美花.基于RFID技术的生产执行系统关键技术研究.青岛:中国海洋大学,2007。

[2]肖慧彬.物联网中企业信息交互中间件技术开发研究.北京:北方工业大学,2009

[3]张莉.ZigBee技术在物联网中的应用[J].电信网技术,2010年3月,第3期.

[4]赵莹.基于物联网架构的EPC无线通讯协议研究.山东:山东大学,2005

[5]赵德海,邵万清.我国流通产业的创新研究[J].物流科技,2004,27(3).

[6]杨青松.欧洲超市发展新趋势[J].经贸参考,2006(10).

[7]宋谦物联网技术在能源管理系统中的应用.美国迪进上海代表处系统工程师.

致谢

本论文是在王欣老师执教的物联网课程下完成的,通过这次的结业论文我感触颇多,通过自己查资料,感觉物联网在我们生活是应用如此之多,特此我选了一个跟我接触做多的农业,写完这论文才知道以前懂得太少,希望以后可以自己跟好的熟悉他。本次课程我受益颇多,非常感谢老师。

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