畢業(yè)論文——基于物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目：題目： 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)基于物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)現(xiàn) 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 目 錄 目目 錄錄1 前言前言2 ABSTRACT 4 第一章第一章 緒論緒論5 1.1 背景.5 1.2 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用.6 1.3 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)圖.8 第四章第四章 傳感層傳感層15 4.1 傳感層設(shè)計(jì)15 4.2 傳感節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)15 4.3 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)16 第五章第五章 傳輸層傳輸層18 5.1 傳輸層系統(tǒng)設(shè)計(jì)18 5.2 目標(biāo)設(shè)計(jì)18 第六章第六章 應(yīng)用層應(yīng)用層20 6.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)20 6.2 傳感節(jié)點(diǎn)的主程序設(shè)計(jì)20 6.3 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的主程序設(shè)計(jì)20 第七章第七章 智能協(xié)同控制器與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的接口智能協(xié)同控制器與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的接口22 第八章第八章 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用25 8.1 區(qū)域試驗(yàn)工程25 8.2 目標(biāo)和重點(diǎn)任務(wù)27 8.3 試驗(yàn)布局30 8.4 條件保障33 第九章第九章 案例及解決方案案例及解決方案35 9.1 案例35 9.2 解決方案37 第十章第十章 總結(jié)與展望總結(jié)與展望39 致謝致謝40 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)41 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 前言 物聯(lián)網(wǎng)被認(rèn)為是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)之后的世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮。物 聯(lián)網(wǎng)以感知為前提，實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物全面互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。在物體上植入各種微型 芯片，用這些傳感器獲取物理世界的各種信息，再通過局部的無線網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信 網(wǎng)等各種通信網(wǎng)路交互傳遞，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)世界的感知。物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用將會(huì)使農(nóng)業(yè)生 產(chǎn)方式產(chǎn)生重大變革，會(huì)急速促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題上面臨的種種問題。 本文簡(jiǎn)要的復(fù)述了這個(gè)智能農(nóng)業(yè)理念，給出了有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)定義和基本功能。結(jié) 合智能農(nóng)業(yè)大系統(tǒng)架構(gòu)，論述了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的框架以及與智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的接口問題。其重要 結(jié)論如下： （1）智能農(nóng)業(yè)應(yīng)當(dāng)是包含農(nóng)業(yè)大系統(tǒng)智能控制在內(nèi)的體系。基于農(nóng)業(yè)復(fù)雜大系統(tǒng)智 能控制的智能農(nóng)業(yè)是一個(gè)遞階型網(wǎng)絡(luò)控制大系統(tǒng)，并且是可以形成閉環(huán)的。其“智能”特性 表現(xiàn)在：大系統(tǒng)的自愈性、自主的智能協(xié)同性和調(diào)控性； （2）農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)僅僅是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，它不具備擔(dān)當(dāng)對(duì)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控的能力； （3）智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的有序、有效的運(yùn)轉(zhuǎn)離不開農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持，但是農(nóng) 業(yè)物聯(lián)網(wǎng)必須具備信息的雙向流動(dòng)能力； （4）要達(dá)到農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的有效應(yīng)用必須要拓展其功能，必須構(gòu)建一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)控 制器。同時(shí)在應(yīng)用層與智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的智能協(xié)同控制器之間應(yīng)具備友好的接口與界面； 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 摘要摘要 物聯(lián)網(wǎng)作為信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮,在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用將會(huì)解決一系列科學(xué)技術(shù)問題,例如 分布在廣域空間的信息獲取,高效可靠的信息傳輸以及面向不同應(yīng)用的智能決策等,將是實(shí)現(xiàn) 傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變的助推器和加速器。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中,溫度、濕度、光照強(qiáng)度、C02 濃度、水分以及其他養(yǎng)分等多種自然因素共同影響農(nóng)作物的生長(zhǎng),傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的管理方式遠(yuǎn)遠(yuǎn) 沒有達(dá)到精細(xì)化管理的標(biāo)準(zhǔn),只能算是粗放式管理,在這種管理方式下,通過人的感知能力管 理上述環(huán)境參數(shù),無法達(dá)到準(zhǔn)確性要求,要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的智能化管理,建立一個(gè)實(shí)用、可靠、 可長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是非常必要的。因此,本文設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)監(jiān) 測(cè)系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的獲取農(nóng)作物生長(zhǎng)的環(huán)境信息并對(duì)這些信息進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。論 文首先詳細(xì)闡述物聯(lián)網(wǎng)和農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵和體系結(jié)構(gòu)、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)和未來發(fā)展。 介紹了數(shù)據(jù)融合的相關(guān)概念,并提出了 KDF 算法用于系統(tǒng)對(duì)感知數(shù)據(jù)的處理。KDF 算法是基 于卡爾曼濾波的數(shù)據(jù)融合算法,能夠達(dá)到減少冗余信息、降低能量消耗以及消除干擾使獲得 的感知數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確的目的。其次,論文給出了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì),并根據(jù)設(shè)計(jì)要求,以 MSP430F5438 微處理器、射頻模塊 CC2520、射頻放大前端 CC2591 以及 SHT10 溫濕度傳感器 等環(huán)境感知傳感器為核心,構(gòu)建了傳感器硬件節(jié)點(diǎn)。傳感器節(jié)點(diǎn)的軟件以 Z-Stack 協(xié)議棧為 基礎(chǔ),成功的實(shí)現(xiàn)了無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)的組建和數(shù)據(jù)的可靠傳輸。最后,論文介紹了上位機(jī)監(jiān)測(cè) 軟件,上位機(jī)監(jiān)測(cè)軟件基于 B/S 架構(gòu),使用 JSP 語言在 MyEclipse 環(huán)境下開發(fā),具有良好的人 機(jī)交互前臺(tái)界面；后臺(tái)采用 MySQL 數(shù)據(jù)庫,完成環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)和其他有用信息的存儲(chǔ)；將整 個(gè)系統(tǒng)通過 Tomcat 服務(wù)器在線發(fā)布,系統(tǒng)便可以接入到 Internet 中,形成“底層(傳感器) Internet 網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控”的結(jié)構(gòu),使連入互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)均可以訪問。對(duì)系統(tǒng)從功能實(shí)現(xiàn) 角度來開展的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,該系統(tǒng)可以正常穩(wěn)定的工作,無線傳感器節(jié)點(diǎn)可以正常構(gòu)建無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò),可以進(jìn)行數(shù)據(jù)可靠傳輸,系統(tǒng)通過 Tomcat 服務(wù)器在線發(fā)布,用戶可以在任何臺(tái) 與 Internet 相連的 PC 機(jī)上登錄本系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢和系統(tǒng)管理,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的功能,并且 本系統(tǒng)采用的節(jié)能機(jī)制達(dá)到了很好的節(jié)能效果,且采集數(shù)據(jù)的精度符合要求。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)； 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)； 數(shù)據(jù)融合； B/S 架構(gòu) 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 ABSTRACT The Internet of things as the third wave of information industry, its application in agriculture will solve the problem of a series of science and technology, such as distributed in wide area space information acquisition, high efficient and reliable information transmission, and geared to the needs of different applications of intelligent decision-making, etc., will is a booster to the transformation of traditional agriculture to modern agriculture and the accelerator. Agricultural production process, the temperature, humidity, light intensity, concentration of our fleet, moisture, and other nutrients such as the growth of the crops, the common effect of natural factors of traditional agricultural management way far not reached the standard of fine management, can be extensive management, in this kind of management mode, through people awareness of management environment of these parameters, cannot meet the accuracy requirements, in order to realize intelligent management of modern agriculture, to establish a practical, reliable, long-term monitoring of agricultural environment monitoring system is very necessary. Therefore, this article designed the agriculture intelligent monitoring system based on Internet of things, the system can accurately in real time for the growth of the crops and environmental information for remote monitoring of the information. Paper first elaborated the connotation of Internet of things and Internet of things of agriculture and architecture, the key technology of Internet of things of agriculture and the development in the future. Introduces the related concepts of data fusion, and proposed the KDF algorithm for system processing of sensory data. KDF algorithm is the data fusion algorithm based on kalman filter, can achieve reduce the redundant information and reduce energy consumption, and eliminate the interference to make a more accurate perception of the data obtained. Secondly, the paper gives the overall design of the system, and according to the design requirements, with MSP430F5438 microprocessor CC2520, rf module, rf amplifier front-end CC2591 and SHT10 such as temperature and humidity environment perception as the core, to build a sensor node hardware. Sensor node software based on the Z - Stack protocol Stack, successful implementation of the wireless Mesh network form and reliable transmission of data. Finally, the paper introduces the PC monitoring software, PC monitoring software based on B/S structure, using JSP language under the environment of MyEclipse development, has a good human-computer interaction interface at the front desk; The background using the MySQL database, complete environmental parameter data and other useful information storage; The entire online system by the Tomcat server, the system will be able to access to the Internet, the formation of “the underlying (sensor), the Internet network, remote monitoring of the structure, make the computer are connected to the Internet can access. The system from the perspective of functions in order to develop the experimental results show that the system can be normal and stable work, wireless sensor nodes can be normal to build wireless Mesh network, can undertake data reliable transmission, online system by the Tomcat server, the user can in any PC - units are connected to the Internet login this system for data query and management, realize the function of remote monitoring, and this system adopts the mechanism of energy saving achieved good energy saving effect, and data accuracy meets the requirements. Keywords: Agricultural Internet of things; Wireless sensor network (WSN); Data fusion; B/S architecture 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 第一章 緒論 1.11.1 背景背景 農(nóng)業(yè)是當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，中國作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，對(duì)于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的需求更為 迫切，怎樣合理經(jīng)濟(jì)地以少投入獲得多回報(bào)，這不僅是可持續(xù)發(fā)展的要求，更是社會(huì)進(jìn)步的 體現(xiàn)。農(nóng)田的環(huán)境監(jiān)測(cè)是支撐精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的關(guān)鍵，實(shí)時(shí)、方便、有效地采集農(nóng)業(yè)環(huán)境參數(shù) 是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的重要基礎(chǔ)。 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，即在大棚控制系統(tǒng)中，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的溫度傳感器、濕度傳感器、PH 值傳感器、光傳感器、CO2 傳感器等設(shè)備，檢測(cè)環(huán)境中的溫度、相對(duì)濕度、PH 值、光照強(qiáng)度、 土壤養(yǎng)分、CO2 濃度等物理量參數(shù)，通過各種儀器儀表實(shí)時(shí)顯示或作為自動(dòng)控制的參變量參 與到自動(dòng)控制中，保證農(nóng)作物有一個(gè)良好的、適宜的生長(zhǎng)環(huán)境。遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)使技術(shù)人員 在辦公室就能對(duì)多個(gè)大棚的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制。采用無線網(wǎng)絡(luò)來測(cè)量獲得作物生長(zhǎng)的最佳條 件，可以為溫室精準(zhǔn)調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)，達(dá)到增產(chǎn)、改善品質(zhì)、調(diào)節(jié)生長(zhǎng)周期、提高經(jīng)濟(jì)效 益的目的。 隨著世界各國政府對(duì)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的的政策傾斜和企業(yè)的大力支持和投入，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè) 被急速的催生，根據(jù)國內(nèi)外的數(shù)據(jù)顯示，物聯(lián)網(wǎng)從 1999 年至今進(jìn)行了極大的發(fā)展?jié)B透進(jìn)每 一個(gè)行業(yè)領(lǐng)域?？梢灶A(yù)見到的是越來越多的行業(yè)領(lǐng)域以及技術(shù)、應(yīng)用會(huì)和物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生交叉， 向物聯(lián)方向轉(zhuǎn)變優(yōu)化已經(jīng)成為了時(shí)代的發(fā)展方向，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，科技融合的加快。 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)：物聯(lián)網(wǎng)被世界公認(rèn)為是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)之后的世界信息 產(chǎn)業(yè)第三次浪潮。他是以感知為前提，實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物全面互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。在這 背后，則是在物體上植入各種微型芯片，用這些傳感器獲取物理世界的各種信息，再通過局 部的無線網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)等各種通信網(wǎng)路交互傳遞，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)世界的感知。 傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，澆水、施肥、打藥，農(nóng)民全憑經(jīng)驗(yàn)、靠感覺。如今，設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地， 看到的卻是另一番景象：瓜果蔬菜該不該澆水？施肥、打藥，怎樣保持精確的濃度？溫度、 濕度、光照、二氧化碳濃度，如何實(shí)行按需供給？一系列作物在不同生長(zhǎng)周期曾被“模糊” 處理的問題，都有信息化智能監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)定量“精確”把關(guān)，農(nóng)民只需按個(gè)開關(guān)，做個(gè)選 擇，或是完全聽“指令”，就能種好菜、養(yǎng)好花。 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 1.21.2 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)一般應(yīng)用是將大量的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)， 通過各種傳感器采集信息， 以幫助農(nóng)民及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題， 并且準(zhǔn)確地確定發(fā)生問題的位置， 這樣農(nóng)業(yè)將逐漸地從以人 力為中心、依賴于孤立機(jī)械的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)向以信息和軟件為中心的生產(chǎn)模式，從而大量使用 各種自動(dòng)化、智能化、遠(yuǎn)程控制的生產(chǎn)設(shè)備。 （圖 1.21） 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 通過傳感設(shè)備實(shí)時(shí)采集溫室（大棚）內(nèi)的空氣溫度、空氣濕度、二氧化碳、光照、土 壤水分、土壤溫度、棚外溫度與風(fēng)速等數(shù)據(jù)；將數(shù)據(jù)通過移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸給服務(wù)管理平臺(tái)， 服務(wù)服管理平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。 遠(yuǎn)程控制功能 針對(duì)條件較好的大棚，安裝有電動(dòng)卷簾，排風(fēng)機(jī)，電動(dòng)灌溉系統(tǒng)等機(jī)電設(shè)備，可實(shí)現(xiàn) 遠(yuǎn)程控制功能。農(nóng)戶可通過手機(jī)或電腦登錄系統(tǒng)，控制溫室內(nèi)的水閥、排風(fēng)機(jī)、卷簾機(jī)的開 關(guān)；也可設(shè)定好控制邏輯，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)內(nèi)外情況自動(dòng)開啟或關(guān)閉卷簾機(jī)、水閥、風(fēng)機(jī)等大棚 機(jī)電設(shè)備。 查詢功能 農(nóng)戶使用手機(jī)或電腦登錄系統(tǒng)后，可以實(shí)時(shí)查詢溫室（大棚）內(nèi)的各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)、歷 史溫濕度曲線、歷史機(jī)電設(shè)備操作記錄、歷史照片等信息； 登錄系統(tǒng)后，還可以查詢當(dāng)?shù)?的農(nóng)業(yè)政策、市場(chǎng)行情、供求信息、專家通告等，實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性的綜合信息服務(wù)。 警告功能 警告功能需預(yù)先設(shè)定適合條件的上限值和下限值，設(shè)定值可根據(jù)農(nóng)作物種類、生長(zhǎng)周 期和季節(jié)的變化進(jìn)行修改。 當(dāng)某個(gè)數(shù)據(jù)超出限值時(shí)，系統(tǒng)立即將警告信息發(fā)送給相應(yīng)的農(nóng) 戶，提示農(nóng)戶及時(shí)采取措施。 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)區(qū)域試驗(yàn)工程工作方案 為貫徹落實(shí)黨的十八大精神，切實(shí)促進(jìn)工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化同步發(fā) 展，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)改造傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，不斷提高農(nóng)業(yè)資源利用率和勞動(dòng)生產(chǎn)率，推動(dòng)農(nóng) 業(yè)發(fā)展向集約型、規(guī)?；D(zhuǎn)變，提升農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平。農(nóng)業(yè)部決定啟動(dòng)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)區(qū)域試驗(yàn) 工程（下稱區(qū)試工程），選擇有一定工作基礎(chǔ)的天津、上海、安徽三省市率先開展試點(diǎn)試驗(yàn) 工作。為確保區(qū)試工程順利進(jìn)行，制定如下方案。 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 1.31.3 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)圖物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)圖 （圖 1.31 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)整體框圖） 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 第第 2 2 章章 智能農(nóng)業(yè)理念的內(nèi)涵和架構(gòu)智能農(nóng)業(yè)理念的內(nèi)涵和架構(gòu) 目前以農(nóng)業(yè)復(fù)雜大系統(tǒng)為基礎(chǔ)從大系統(tǒng)控制論和智能控制系統(tǒng)角度對(duì)智能農(nóng)業(yè)的研究 已逐漸引起重視。從控制系統(tǒng)角度來闡述智能農(nóng)業(yè)體系的應(yīng)用層面，就是將各種技術(shù)集成在 一起，將農(nóng)業(yè)系統(tǒng)看成一個(gè)閉環(huán)的可控大系統(tǒng)，從更高的角度看農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的整體智能調(diào)控問 題?；诖笙到y(tǒng)控制理念的智能農(nóng)業(yè)要具備的兩個(gè)要素： （1）反饋控制。在該體系中，從信息給定、處理、核心調(diào)控，再到信號(hào)的采集、反饋都應(yīng) 該形成閉環(huán)； （2）自主控制。所謂自主控制包含三層含義：一是系統(tǒng)的控制核心具備自適 應(yīng)的調(diào)整能力； 二是系統(tǒng)的控制模型具備自學(xué)習(xí)和自整定能力；三是系統(tǒng)具備一定的自愈 能力。 圖 1 是文獻(xiàn)一基于廣義智能化大系統(tǒng)控制論構(gòu)建的多級(jí)遞階型智能農(nóng)業(yè)體系模型。在 這個(gè)大系統(tǒng)中，分別對(duì)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的產(chǎn)前、產(chǎn)中和產(chǎn)后的各個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)建各自的農(nóng)業(yè)子系統(tǒng)，并 設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的三個(gè)級(jí)別。而各個(gè)子系統(tǒng)均受各自的局部協(xié)同控制器的智能調(diào)控， 同時(shí)應(yīng)用 多目標(biāo)優(yōu)化等智能手段做系統(tǒng)自適應(yīng)尋優(yōu)。 而處于該系統(tǒng)宏觀級(jí)的協(xié)調(diào)控制器則通過觀測(cè) 遞階和遞階信息流，借助于 Internet 網(wǎng)絡(luò)將智能決策全局優(yōu)化作為給定去約束各個(gè)局部協(xié) 同控制器，從而達(dá)到整體系統(tǒng)的智能化和管控高效、合理化。 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 （圖 2.1 基于廣義智能化大系統(tǒng)控制論構(gòu)建的多級(jí)遞階智能農(nóng)業(yè)體系模型） 在這個(gè)遞階型智能農(nóng)業(yè)大系統(tǒng)中， 微觀級(jí)包含了農(nóng)業(yè)系統(tǒng)最底層（現(xiàn)場(chǎng)層） 的所有 系統(tǒng)、是大系統(tǒng)的最終控制對(duì)象和信息采集對(duì)象，故由大量的傳感器組成的農(nóng)業(yè)傳感網(wǎng)、以 及由此而進(jìn)化的橫向的物-物相關(guān)聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該處于這個(gè)層面。可以看出，這些底層網(wǎng)絡(luò) 為實(shí)現(xiàn)智能農(nóng)業(yè)大系統(tǒng)的整體最優(yōu)調(diào)控起到了非常重要的管理信號(hào)、控制信號(hào)載體的作用。 （圖 2.2） 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 第第 3 3 章章 對(duì)物聯(lián)網(wǎng)與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識(shí)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識(shí) 3.13.1 物聯(lián)網(wǎng)的定義物聯(lián)網(wǎng)的定義 一個(gè)無可爭(zhēng)辯的事實(shí)是：到目前為止，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)還沒有統(tǒng)一的定義。 比較權(quán)威的解釋 是文獻(xiàn)四給出的如下 4 種定義： （1） 定義 1：把所有物品通過射頻識(shí)別（radio Frequency Identification, RFID）和條碼等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理。 該概念最早是在 1999 年由麻省理工學(xué)院的 Auto-ID 研究中心提出，實(shí)質(zhì)上等于 RFID 技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合應(yīng)用； （2） 定義 2：由具有標(biāo)識(shí)、虛擬個(gè)性的物體或?qū)ο笏M成的網(wǎng)絡(luò)，這些標(biāo)識(shí)和個(gè)性 信息智能空間使用智能的接口與用戶、社會(huì)和環(huán)境進(jìn)行通信。 這個(gè)定義出自歐洲智能系統(tǒng)集成技術(shù)平臺(tái)在 2008 年 5 月 27 日發(fā)布的題為 Internet of things in 2020的報(bào)告。該報(bào)告認(rèn)為 RFID 和相關(guān)的識(shí)別技術(shù)是未來物聯(lián) 網(wǎng)的基石，因此它更側(cè)重于 RFID 的應(yīng)用及物體的信息智能化； （3） 定義 3：物聯(lián)網(wǎng)是以感知為目的的，實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物全面互聯(lián)的 網(wǎng)絡(luò)。其突出特征是通過各種感知方式來獲取物理世界的各種信息，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通 訊網(wǎng)等進(jìn)行信息的傳遞與交互，再采用智能計(jì)算技術(shù)隊(duì)信息進(jìn)行分析處理，從而提升人們對(duì) 物質(zhì)世界的感知能力，實(shí)現(xiàn)智能化的決策和控制。這個(gè)概念出自我國工業(yè)和信息化部和江蘇 省聯(lián)合向國務(wù)院上報(bào)的關(guān)于支持無錫建設(shè)國家傳感器創(chuàng)新示范區(qū)（國家傳感網(wǎng)信息中心） 情況的報(bào)告 ； （4） 定義 4：物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的全球網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，它具有基于標(biāo)準(zhǔn)和互操作通 信協(xié)議的自組織能力，其中物理的和虛擬的“物”具有身份標(biāo)識(shí)、物理屬性、虛擬的特 性和智能的借口，并與信息網(wǎng)絡(luò)無縫整合。這個(gè)概念來源于歐盟第 7 框架下 RFID 和物聯(lián) 網(wǎng)研究項(xiàng)目組在 2009 年 9 月 15 日發(fā)布的研究報(bào)告。該項(xiàng)目組的主要研究目的是便于歐 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 洲內(nèi)部不同 RFID 的物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目之間的組網(wǎng)。 定義 1 和 2 主要強(qiáng)調(diào)物聯(lián)網(wǎng)對(duì)物體對(duì)象識(shí)別的特點(diǎn)；定義 3 強(qiáng)調(diào)物聯(lián)網(wǎng)感知實(shí)現(xiàn)物 理世界的特點(diǎn)；定義 4 則說明物聯(lián)網(wǎng)本身是一個(gè)全球性的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。 但無論何種定義， 行業(yè)公認(rèn)的物聯(lián)網(wǎng)的基本功能有三個(gè)：感知、傳輸和應(yīng)用，這也是物聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)基本層面。 圖 2 所示為物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)示意圖。 （圖 3.11 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)） 3.23.2 物聯(lián)網(wǎng)的短板物聯(lián)網(wǎng)的短板 基于以上的分析，可以得出結(jié)論： （1）物聯(lián)網(wǎng)是基于 RFID 發(fā)展而來的一種網(wǎng)絡(luò)，其最明顯的優(yōu)勢(shì)是在對(duì)對(duì)象的檢測(cè)和 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 識(shí)別、 以及構(gòu)成了一定的信息通道，也即在于它的感知層和傳輸層面上； （2）物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層面僅僅是對(duì)采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、 處理，還不具備智能控制 中的推理、 演算和發(fā)出調(diào)控指令的能力； （3）物聯(lián)網(wǎng)可能具有對(duì)采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的調(diào)節(jié)能力，但沒有對(duì)控制對(duì)象的控制、 調(diào)節(jié)能力，因?yàn)樵摼W(wǎng)絡(luò)中沒有所說的“控制系統(tǒng)的大腦”； （4）從控制系統(tǒng)角度看，物聯(lián)網(wǎng)中的信息流是自下（感知層）向上（應(yīng)用層）的單向 傳輸?shù)模?（5）單靠物聯(lián)網(wǎng)根本不可能完成一個(gè)系統(tǒng)的智能的、自動(dòng)的調(diào)控， 所以最終它解決 不了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的問題。 故此，我們認(rèn)為：針對(duì)一個(gè)控制系統(tǒng)、以及要實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行有效的調(diào)控而言，物聯(lián) 網(wǎng) 的這些特點(diǎn)是它自身的短板！ 據(jù)此，我們把物聯(lián)網(wǎng)只能看成一個(gè)控制系統(tǒng)的反饋檢測(cè)通道 是 謂恰當(dāng)?shù)摹Ｈ鐖D 3 所示。 （圖 3.21 物聯(lián)網(wǎng)在控制系統(tǒng)的位置示意） 3.33.3 對(duì)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識(shí)對(duì)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識(shí) 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)系統(tǒng)、特別是農(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的信號(hào)檢測(cè)與傳輸中，便構(gòu)成了農(nóng)業(yè) 物聯(lián)網(wǎng)的基本框架。 目前所有論述物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用無外乎是給出了幾個(gè)在農(nóng)業(yè)檢 測(cè) 中的應(yīng)用例子，如葡萄設(shè)施栽培生態(tài)無線傳感和滴灌智能控制系統(tǒng)例子、 蔬菜智能培育控 制系統(tǒng)例子、 林業(yè)病蟲害與防火預(yù)警系統(tǒng)例子、 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在區(qū)域農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測(cè)應(yīng) 用例子等。我們認(rèn)為這些都僅僅涉及到傳感器如何在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的應(yīng)用、以及如何構(gòu)建檢測(cè) 傳輸網(wǎng)絡(luò)問題，還沒有涉及到對(duì)農(nóng)業(yè)被控對(duì)象如何進(jìn)行智能的、自動(dòng)調(diào)控的問題。也因此， 我們認(rèn)為這樣的例子僅僅說明：利用物聯(lián)網(wǎng)的概念，解決了檢測(cè)與信息傳輸?shù)氖虑椤?那么 這 樣的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)無疑是初級(jí)的、和不成熟的，還沒有上升到物聯(lián)網(wǎng)的高層面上，如物-物相 連！ 那么，如何按照物聯(lián)網(wǎng)的定義構(gòu)建一個(gè)適合智能農(nóng)業(yè)大系統(tǒng)控制要求的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)則是 一個(gè)值得重視的問題。 首先要明確的是：網(wǎng)絡(luò)是信息的載體，而不是控制系統(tǒng)的全部。物聯(lián)網(wǎng)也好、傳感網(wǎng)也 罷，要看它為誰服務(wù)。 基于農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的低成本和實(shí)用性、通用性、一網(wǎng)多用等要求，我們 應(yīng) 該將農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的功能進(jìn)行擴(kuò)展?？紤]到與農(nóng)業(yè)大系統(tǒng)控制系統(tǒng)相融合， 這里我們提出將 農(nóng) 業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)該向如下幾方面拓展的建議： （1） 不僅將其設(shè)計(jì)為控制系統(tǒng)的檢測(cè)、反饋通道，還要利用這個(gè)信道完成控制信息的前 向傳輸任務(wù)，即控制、調(diào)控任務(wù)；因此農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)必須具備信號(hào)的雙向流動(dòng)能力； （2） 留有一定的帶寬； （3） 網(wǎng)絡(luò)堅(jiān)強(qiáng)、穩(wěn)定； （4） 組網(wǎng)成本低，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)低功耗； （5） 開發(fā)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)控制器，并具備與任何傳感器和執(zhí)行器有即插即用的兼容接口； 以上考慮的出發(fā)點(diǎn)是建立在目前暫時(shí)無需在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)物-物、人-物相聯(lián)的功能，因?yàn)檫@ 些功能的實(shí)現(xiàn)勢(shì)必需要農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)成為無主控制系統(tǒng)即控制系統(tǒng)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)誰都可 以成為控制核心。而這些功能顯然在目前農(nóng)業(yè)控制領(lǐng)域中還不適用。 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 第四章 傳感層 4.1 傳感層設(shè)計(jì) 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)是組成基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的精 準(zhǔn)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本單位，包括傳感節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。傳感節(jié)點(diǎn)是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感層的 基本組成單元，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)則是網(wǎng)絡(luò)層的硬件基礎(chǔ)，它們的硬件設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的功能、性能 都至關(guān)重要。本文分別對(duì)傳感節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)。 4.2 傳感節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 傳感節(jié)點(diǎn)通過傳感器部分采集農(nóng)情信息，經(jīng)由處理單元進(jìn)行簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)換、處理，由無線 收發(fā)模塊傳給上級(jí)節(jié)點(diǎn)。結(jié)合其功能特點(diǎn)傳感節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)框如圖 2 示。傳感節(jié)點(diǎn)的微處理 器單元和無線傳輸單元采用 CHIPCON 公司的 CC2430 芯片，它是一款基于 ZigBee 協(xié)議，集成 了 80C51 內(nèi)核處理器的芯片和 zigBee 無線收發(fā)模塊，是一種比較成熟的無線傳感器節(jié)點(diǎn)解 決方案。 （圖 4.21 傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖） 本系統(tǒng)中濕度、溫度測(cè)量采用 TDR 一 3A 型土壤溫濕度傳感器，該傳感器集溫度和濕度 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 測(cè)量于一體，具有密封、防水、精度高的特征，是測(cè)量土壤溫濕度的理想儀器。光強(qiáng)測(cè)量采 用推出的第二代光強(qiáng)數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片 TSL2561，它可直接通過 12C 總線協(xié)議由微控制器訪問， 微控制器則通過對(duì)其內(nèi)部的 16 個(gè)寄存器的讀寫來實(shí)現(xiàn)對(duì) TSL2561 的控制。光纖 pH 值傳感器 用于測(cè)量土壤 pH 值，基于 pH 值的變化將導(dǎo)致光纖傳感探頭中光頻譜特性變化這一原理，經(jīng) 放大電路秭 AD 轉(zhuǎn)換器能得到數(shù)字輸出，然而這種方法的缺點(diǎn)是在土壤干燥時(shí)誤差較大。 此外，外部時(shí)鐘電路用于控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行頻率；串行通信接口作為程序調(diào)試和下載 接口；復(fù)位電路用來恢復(fù)系統(tǒng)死機(jī)或程序跑飛等意外情況；電源模塊負(fù)責(zé)整個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量供 應(yīng)。 4.3 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)兼具匯聚節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)的功能，一方面收集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)來的農(nóng)情信息，另 一方面將這些信息經(jīng)過初步的處理，通過無線收發(fā)模塊(如 GPRS 模塊、3G 模塊等)以及 3G 網(wǎng)和 GPRS 網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，通過互聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)關(guān)可以發(fā)送農(nóng)情信息到遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中 心并且接收遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心發(fā)來的命令。具體結(jié)構(gòu)框如圖 3 所示。 （圖 4.31 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖） 因網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理工作任務(wù)繁重，對(duì)資源需求較高，而且要求成熟的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支持， 故采用三星公司的 ARM9 處理器$3C2410。該處理器采用 018 仙 m 制造_I 藝的 32 位微控制 器，擁有獨(dú)立的 16 KB 指令 Cache 和 16 KB 數(shù)據(jù) Cache，MMU，支持 TFr 的 LCD 控制器， NAND 閃存控制器，3 路 UART，4 路 DMA，4 路帶 PWM 的 Timer，IO 口，RTC，8 路 10 位 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 ADC，Touch Screen 接口，IICBUS 接口，IISBUS 接口，2 個(gè) USB 主機(jī)，1 個(gè) USB 設(shè)備， sD 主機(jī)和 MMC 接口，2 路 SPI，最高可運(yùn)行在 203 MHz。 （圖 4.32） 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過 CC2430 接收傳感節(jié)點(diǎn)采集到的農(nóng)情信息，并發(fā)送控制信息。通過 GPRS 網(wǎng) 絡(luò)并入互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心的通信。本系統(tǒng)中 GPRS 模塊采用 SIM5218，它支持下 行速率達(dá) 72Mbps 和上行速率為 5。76 Mbps 的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，同時(shí)還具有豐富的接口包括 UART、USB20、GPIO、12C、GPIO、GPS、攝像頭傳感器和內(nèi)嵌 SIM 卡等。如需傳輸圖像， 音頻等信息，則采用 3G 模塊傳輸，選用芯訊通無線科技(上海)有限公司研發(fā)的 3G 無線傳輸 芯片：TDSCDMA Module 系列中的 SIM4200。 此外，RS485 總線接口用于必要時(shí)與本地監(jiān)測(cè)端的通信。JrIAG 調(diào)試接口和串行調(diào)試接 口主要負(fù)責(zé)程序的燒寫、調(diào)試，F(xiàn)LASH 用于掉電下的程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，SRAM 主要用于在線的仿 真，電源單元負(fù)責(zé)整個(gè)過程的能量供應(yīng)。 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 第五章 傳輸層 5.1 傳輸層系統(tǒng)設(shè)計(jì) 農(nóng)業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)的建立有幾種模式或模式組合，可以通過射頻技術(shù)自組網(wǎng)絡(luò)，中國移動(dòng) 電信網(wǎng)（GPRS，GSM，3G）和互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息的短距和長(zhǎng)距離的傳輸。 （圖 5.11 傳感網(wǎng)絡(luò)） 模式一、無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN）是以無線通信方式形成的一個(gè)自組織多跳的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)， 有部署在檢測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的傳感器節(jié)點(diǎn)組成，負(fù)責(zé)感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知 對(duì)象的信息，并發(fā)給觀察者。在短距離無線通信技術(shù)中，藍(lán)牙、Wi-Fi、超寬帶及 ZigBee 技 術(shù)均能應(yīng)用 WSN， 其中，ZigBee 技術(shù)是基于 IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)于無線組網(wǎng)、安全和應(yīng) 用等方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，被廣泛應(yīng)用在無線傳感網(wǎng)絡(luò)的組件中。 模式二、農(nóng)業(yè)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)是指移動(dòng)終端（如手機(jī)、筆記本及農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)專用設(shè)備）通過 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)訪問互聯(lián)網(wǎng)，并使用農(nóng)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。由于農(nóng)村的移動(dòng)通信普及率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過 計(jì)算機(jī)的普及率，移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)二者的深度完美融合，是農(nóng)業(yè)信息傳輸?shù)闹匾l(fā)展方向。 農(nóng)業(yè)移動(dòng)通信技術(shù)主要包括 GSM，GPRS，3G 技術(shù)以及未來的 4G 通信技術(shù)。 5.2 目標(biāo)設(shè)計(jì) 物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)在傳輸上采取不同的網(wǎng)絡(luò)方式。近距離通訊采用 RS485 傳輸方式和 Zigbee 傳輸模式,遠(yuǎn)距離傳輸采用 3G 無線網(wǎng)絡(luò)傳輸方式。無線傳感網(wǎng)絡(luò) WSN(Wireless Sensor Network)是融合了分布式信息處理技術(shù),傳感器技術(shù),嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)和無線傳輸 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 技術(shù),它能夠互相協(xié)作的實(shí)事感知,監(jiān)測(cè)環(huán)境和對(duì)象的信息,并對(duì)信息進(jìn)行計(jì)算和分析,在運(yùn)送 到需要這些信息的用戶。 （圖 5.21 診斷監(jiān)控管理平臺(tái)） WSN(無線傳感網(wǎng)絡(luò))由許多傳感器節(jié)點(diǎn)組成。每一個(gè)傳感器由數(shù)據(jù)處理裝置,數(shù)據(jù)采集裝 置(A/D 轉(zhuǎn)換器,傳感器)和控制模塊(存儲(chǔ)器,MCU),通信裝置(無線收發(fā)器)和供電裝置等組成,如 下圖 1 所示。每個(gè)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中可以充當(dāng)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)點(diǎn)或類頭節(jié)點(diǎn)(Cluster Head Node)的節(jié) 點(diǎn)應(yīng)用。作為數(shù)據(jù)采集裝置,數(shù)據(jù)采集裝置采集周圍環(huán)境的數(shù)據(jù)信息(光照強(qiáng)度和濕度等)。 傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)框圖通過路由協(xié)議將數(shù)據(jù)傳給遠(yuǎn)方的基站(Base station);作為數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn),節(jié) 點(diǎn)除了完成數(shù)據(jù)采集,還要收發(fā)力矩節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù),然后再將其發(fā)送到更近的節(jié)點(diǎn)或基站;類頭 節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集該范圍內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù),經(jīng)過匯合發(fā)送到匯節(jié)點(diǎn)或基站。 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 第六章 應(yīng)用層 6.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目標(biāo)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包含：ZigBee 協(xié)議棧，GPRs，3G 協(xié)議棧的程序編寫以及傳感節(jié)點(diǎn)和網(wǎng) 關(guān)節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)?；?ZigBee 技術(shù) GPRS3G 技術(shù)已較為成熟，本系統(tǒng)采用現(xiàn)成的協(xié)議棧 程序，而主要工作重心放在傳感節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)上。又由于傳感節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn) 的功能特點(diǎn)，工作任務(wù)有所差異，因此分開討論。 （圖 6.11） 6.2 傳感節(jié)點(diǎn)的主程序設(shè)計(jì) 傳感節(jié)點(diǎn)相當(dāng)于網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，自組織式聯(lián)網(wǎng)，是物聯(lián)網(wǎng)傳感層中的基層環(huán)節(jié)，直 接與物聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)測(cè)量相關(guān)聯(lián)，將農(nóng)情信息轉(zhuǎn)換為有效的開關(guān)量進(jìn)行傳遞，主要工作有：等 待網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)喚醒、采集農(nóng)情信息、發(fā)送數(shù)據(jù)、進(jìn)入休眠等，具體工作流程如圖 4 所示。 傳感節(jié)點(diǎn)通常情況下處于休眠模式，當(dāng)接收到上級(jí)節(jié)點(diǎn)的命令被喚醒后，便馬上發(fā)送請(qǐng) 求加入網(wǎng)絡(luò)，等待網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答成功加入網(wǎng)絡(luò)后，開始進(jìn)行農(nóng)情信息如土壤溫濕度、光強(qiáng)、 pH 值等的采集并傳輸給命令發(fā)送端節(jié)點(diǎn)，上級(jí)節(jié)點(diǎn)發(fā)送應(yīng)答位，確定接收成功后，傳感節(jié) 點(diǎn)又轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)，這樣循環(huán)往復(fù)。 6.3 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的主程序設(shè)計(jì) 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)建立并管理網(wǎng)絡(luò)，允許或拒絕任何一個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)，并將各傳感節(jié) 點(diǎn)的數(shù)據(jù)收集發(fā)送至互聯(lián)網(wǎng)，監(jiān)控端通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取、記錄。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)一直在 T 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 作狀態(tài)，不會(huì)休眠。它的工作過程一般分為：等待監(jiān)測(cè)命令，建立網(wǎng)絡(luò)，加入節(jié)點(diǎn)，等待數(shù) 據(jù)信息，發(fā)送數(shù)據(jù)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的具體工作流程如圖 5 所示。 （圖 6.31 工作流程） 在建立網(wǎng)絡(luò)時(shí)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)會(huì)不斷地搜索空的信道，如果搜索到某一信道，被另一網(wǎng)關(guān)節(jié) 點(diǎn)占用，則重新搜索，直到搜到空信道，其立即做相應(yīng)標(biāo)識(shí)，準(zhǔn)備建立自己的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)一個(gè) 傳感節(jié)點(diǎn)要求加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，它會(huì)發(fā)送請(qǐng)求，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的資源需求決定是否加入傳感 節(jié)點(diǎn)，如果選擇加入此節(jié)點(diǎn)，則給它分配一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址，構(gòu)成新網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)傳達(dá)監(jiān)測(cè)命令給 下級(jí)節(jié)點(diǎn)，等待接收數(shù)據(jù)，接收成功后發(fā)送至遠(yuǎn)程檢測(cè)端和本地監(jiān)測(cè)站。 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 第七章 智能協(xié)同控制器與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的接口 在本文論述的智能農(nóng)業(yè)大系統(tǒng)中，其控制性能一般體現(xiàn)在農(nóng)業(yè)資源的協(xié)調(diào)配置、能耗約 束和產(chǎn)出優(yōu)化的調(diào)控方面上，故智能協(xié)同控制器是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，也是智能控制的一種體 現(xiàn)。 那么智能協(xié)同控制器如何與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)有良好的接口則又是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 基于上述 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的拓展結(jié)構(gòu)，我們不妨按照如圖 7.11 所示的體系來研究接口問題。 （圖 7.11 智能協(xié)同控制器與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的接口示意） 圖中所示，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)控制器起著承上啟下的關(guān)鍵作用，而其具備怎樣的接 口將是至關(guān)重要的。這里按照物聯(lián)網(wǎng)的一般定義， 我們?cè)O(shè)計(jì)了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)控制器的結(jié) 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 構(gòu)如圖 7.12 所示。 (圖 7.12 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)控制器架構(gòu)) 在這個(gè)架構(gòu)中，我們?cè)O(shè)計(jì)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)具備四層功能：感知層、傳輸層、處理層和應(yīng) 用層。而網(wǎng)絡(luò)控制器融合了處理層和應(yīng)用層的內(nèi)容，并在 I/O 界面設(shè)計(jì)了接口 A 和接口 B。 接口 A 用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域傳感器的即插即用，比如常用的 RS232、RS485 等，而接口 B 則用于 網(wǎng)絡(luò)外部拓?fù)鋫鬏斀涌?，如以?TCP/IP 等，這里定義為與智能農(nóng)業(yè)協(xié)同控制器的接口。對(duì) 于網(wǎng)絡(luò)控制器的設(shè)計(jì)要求建議具備如下功能： （1） 融合以太網(wǎng)（Ethernet） 、并基于 TCP/IP 通訊標(biāo)準(zhǔn)的接口 因?yàn)槟壳肮I(yè)控 制領(lǐng)域的控制網(wǎng)絡(luò),無論是有線的、還是無線的已經(jīng)向用以太網(wǎng)絡(luò)取代各種現(xiàn)場(chǎng)總線的方向 發(fā)展，并大量兼容 TCP/IP 標(biāo)準(zhǔn)。因此今后絕大部分傳感器的網(wǎng)絡(luò)接口都具備基于 TCP/IP 協(xié)議的以太網(wǎng)接口； 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 （2） 具備路由器（Hub）功能，并含有網(wǎng)關(guān) 這是作為數(shù)據(jù)雙向傳輸?shù)囊话阋蠖O(shè) 計(jì)的； （3） 具備數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)融合功能 這里我們定義其具備數(shù)據(jù)融合能力是基于將有用 的、關(guān)聯(lián)信息在此就地進(jìn)行融合處理，然后將結(jié)果發(fā)往上位智能協(xié)同控制器，其可以極大地 避免遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳出的數(shù)據(jù)丟失、和海量數(shù)據(jù)導(dǎo)致數(shù)據(jù)通道擁塞問題發(fā)生，又可以減輕智能協(xié) 同控制器的在線運(yùn)算負(fù)擔(dān)； （4） 具備數(shù)據(jù)暫存能力和防火墻 有些時(shí)候的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸是需要等待的，故有必要 配置暫存器； （5） 報(bào)警及熱備份 作為一個(gè)具備網(wǎng)絡(luò)控制功能及數(shù)據(jù)傳輸、和調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其 故障報(bào)警及控制備份處理是必備的措施；為了實(shí)現(xiàn)智能農(nóng)業(yè)大系統(tǒng)的有效控制，這里還要求 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的感知層具備數(shù)據(jù)分解和數(shù)據(jù)鎖存及放大驅(qū)動(dòng)能力，最后通過此通道驅(qū)動(dòng)通用執(zhí) 行器完成系統(tǒng)的控制和調(diào)節(jié)動(dòng)作。 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 第八章 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用 8.1 區(qū)域試驗(yàn)工程 當(dāng)前，我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程明顯加快，但也面臨著資源、環(huán)境與市場(chǎng)的多重約束， 保障糧食安全、食品安全、生態(tài)安全的壓力依然存在，確保農(nóng)民穩(wěn)定增收的任務(wù)越來越重。 實(shí)施區(qū)試工程，對(duì)于探索農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)理論研究、系統(tǒng)集成、重點(diǎn)領(lǐng)域、發(fā)展模式及推進(jìn)路徑， 提高農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)理論及應(yīng)用水平，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變、農(nóng)民增收有重要意義。 （圖 8.11） （一）實(shí)施區(qū)試工程，有利于把握物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的特點(diǎn)及在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用規(guī)律， 探索形成農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展模式。信息技術(shù)是新生事物，是多學(xué)科技術(shù)的集成，兼具系統(tǒng)性和 整體性。農(nóng)業(yè)是個(gè)古老產(chǎn)業(yè)，兼具地域性、季節(jié)性和多樣性，這就決定了信息技術(shù)改造傳統(tǒng) 農(nóng)業(yè)的復(fù)雜性和艱巨性。實(shí)施區(qū)試工程，研究物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在不同產(chǎn)品、不同領(lǐng)域的集成、組 裝模式和技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑，逐步構(gòu)建農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式，促進(jìn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)理論研究、適 用技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)，探索構(gòu)建國家農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)框架體系及相關(guān)公共服務(wù)平臺(tái)，將為推動(dòng) 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)大發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 （2）實(shí)施區(qū)試工程，有利于積累農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)科學(xué)發(fā)展。目 前，我國農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用尚處于嘗試性起步階段，整體應(yīng)用水平和建設(shè)規(guī)模明顯落后于電力、 醫(yī)療、環(huán)保等其它行業(yè)。各地農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范基本呈各自為戰(zhàn)、散兵游勇式發(fā)展，點(diǎn)多 面廣，嚴(yán)重缺乏頂層設(shè)計(jì)，為示范而示范的現(xiàn)象較普遍，重復(fù)投入問題較突出，可持續(xù)發(fā)展 商業(yè)模式較少。實(shí)施區(qū)試工程，有利于逐步理清發(fā)展思路、明確發(fā)展方向和重點(diǎn)，為全面、 整體、系統(tǒng)推進(jìn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)積累經(jīng)驗(yàn)。 （圖 8.12） （三）實(shí)施區(qū)試工程，有利于調(diào)動(dòng)地方農(nóng)業(yè)部門積極性，整合各方力量共同推進(jìn)農(nóng)業(yè)物 聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。雖然一些地方農(nóng)業(yè)部門發(fā)展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的積極性較高，但由于缺乏穩(wěn)定投入，系 統(tǒng)推動(dòng)的后勁明顯不足，一定程度上影響了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)效果發(fā)揮和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。實(shí)施區(qū)試工程， 不僅有利于調(diào)動(dòng)地方農(nóng)業(yè)部門積極性，更重要的是通過政府工程項(xiàng)目的示范、引導(dǎo)和帶動(dòng)， 能夠促進(jìn)社會(huì)各方資源整合、形成合力，共同推進(jìn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 （圖 8.13） 8.2 目標(biāo)和重點(diǎn)任務(wù) （1）工程目標(biāo)。 開展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用理論研究，探索農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用主攻方向、重點(diǎn)領(lǐng)域、發(fā)展模式 及推進(jìn)路徑；開展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)與系統(tǒng)集成，構(gòu)建農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、政策 體系；構(gòu)建農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)平臺(tái)；建立中央與地方、政府與市場(chǎng)、產(chǎn)學(xué)研和多部門協(xié)同 推進(jìn)的創(chuàng)新機(jī)制和可持續(xù)發(fā)展的商業(yè)模式；適時(shí)開展成功經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ降耐茝V應(yīng)用。 （圖 8.21） 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 （2）總體思路。 按照“統(tǒng)一規(guī)劃、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、領(lǐng)域側(cè)重、統(tǒng)分結(jié)合、整體推進(jìn)、跨越發(fā)展”的總體思 路組織實(shí)施。遵從“先集中規(guī)劃后分區(qū)試驗(yàn)，先集中建平臺(tái)后組裝集成，先試點(diǎn)試驗(yàn)、積累 經(jīng)驗(yàn)后推廣應(yīng)用”的指導(dǎo)思想分步推進(jìn)實(shí)施。在系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的同時(shí)，支持天津、上海和安 徽根據(jù)各自經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及農(nóng)業(yè)發(fā)展水平和產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)，分別以設(shè)施農(nóng)業(yè)與水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì) 量安全全程監(jiān)控和農(nóng)業(yè)電子商務(wù)推進(jìn)、大田糧食作物生產(chǎn)監(jiān)測(cè)為重點(diǎn)領(lǐng)域開展試驗(yàn)示范，力 圖探索形成農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)可看、可用、可持續(xù)的推廣應(yīng)用模式，逐步構(gòu)建農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)理論體系、 技術(shù)體系、應(yīng)用體系、標(biāo)準(zhǔn)體系、組織體系、制度體系和政策體系，并在全國范圍內(nèi)分區(qū)分 階段推廣應(yīng)用。 （三）重點(diǎn)任務(wù) 一是研究和部署農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)平臺(tái)。面向農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)重大行業(yè)應(yīng)用，重點(diǎn)突破多 源信息融合、海量信息分布式管理、智能信息服務(wù)等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)平 臺(tái)，開展面向農(nóng)業(yè)資源規(guī)劃與管理、生產(chǎn)過程精準(zhǔn)管理、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源等領(lǐng)域的共性 的服務(wù)。 （圖 8.22） 二是研究和制定一批農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。聯(lián)合產(chǎn)學(xué)研用單位，研究和編制農(nóng)業(yè)領(lǐng) 域條形碼（一維碼、二維碼） 、電子標(biāo)簽（RFID）等的使用規(guī)范，制修訂一批農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳 感器及傳感節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)采集、應(yīng)用軟件接口、服務(wù)對(duì)象注冊(cè)以及面向大田、設(shè)施農(nóng)業(yè)、農(nóng)產(chǎn) 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 品質(zhì)量安全監(jiān)管應(yīng)用等方面標(biāo)準(zhǔn)。 三是中試和熟化一批農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)和裝備。圍繞區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，重點(diǎn)中試和熟化 動(dòng)植物環(huán)境（土壤、水、大氣） 、生命信息（生長(zhǎng)、發(fā)育、營養(yǎng)、病變、脅迫等）傳感器， 研制成熟度、營養(yǎng)組分、形態(tài)、有害物殘留、產(chǎn)品包裝標(biāo)識(shí)等傳感器，開展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 和裝備的系統(tǒng)引進(jìn)和自主研發(fā)，加強(qiáng)動(dòng)植物生長(zhǎng)過程數(shù)字化監(jiān)測(cè)手段、模型研究，突破農(nóng)業(yè) 物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)。 四是形成一批可推廣的技術(shù)應(yīng)用模式。針對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)與水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、農(nóng) 業(yè)電子商務(wù)、大田糧食作物生產(chǎn)等的監(jiān)測(cè)監(jiān)控，分別研發(fā)系列專用傳感、傳輸、控制等設(shè)備， 開發(fā)相應(yīng)的軟件和管理信息系統(tǒng)，從而構(gòu)建全程技術(shù)體系及可持續(xù)發(fā)展機(jī)制。 五是培育農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)。按照引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新的思路，圍繞農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的感知識(shí) 別、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、智能控制和信息服務(wù)等環(huán)節(jié)，積極引導(dǎo)和推進(jìn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制 造、軟件開發(fā)及相關(guān)服務(wù)，培育一批農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化研究基地、中試基地和生產(chǎn)基地，促 進(jìn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。 （圖 8.23） 六是強(qiáng)化政策措施研究?？偨Y(jié)區(qū)試工程經(jīng)驗(yàn)，研究提出促進(jìn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用推廣的政策 建議，積極推動(dòng)相關(guān)政策措施出臺(tái)，營造農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的良好環(huán)境。 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 8.3 試驗(yàn)布局 圍繞天津、上海和安徽農(nóng)業(yè)特色產(chǎn)業(yè)和重點(diǎn)領(lǐng)域，統(tǒng)籌考慮行業(yè)及產(chǎn)業(yè)鏈布局，逐步 實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的滲透和試點(diǎn)省市的整體推進(jìn)。 （一）天津設(shè)施農(nóng)業(yè)與水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)區(qū) 天津毗鄰北京，經(jīng)濟(jì)和交通條件好，區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯。設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，目前擁有高標(biāo)準(zhǔn)設(shè) 施農(nóng)業(yè)面積 60 萬畝，水產(chǎn)養(yǎng)殖面積 62 萬畝，規(guī)?；a(chǎn)養(yǎng)殖小區(qū) 55 個(gè)，蔬菜和水產(chǎn)品自 給率高。試驗(yàn)重點(diǎn)是在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范基地、龍頭企業(yè)、農(nóng)民專業(yè)合作社和水產(chǎn)養(yǎng)殖小區(qū)等開 展設(shè)施農(nóng)業(yè)與水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用示范，探索不同種類農(nóng)產(chǎn)品、不同類型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營 主體農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式；開展農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)市場(chǎng)物流信息化管理，探索利用信息技術(shù)構(gòu)建新 型農(nóng)產(chǎn)品流通格局，有效減少交易環(huán)節(jié)，提高交易效率。 一是設(shè)施農(nóng)業(yè)與水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境信息采集技術(shù)產(chǎn)品集成應(yīng)用。選擇現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范基地、龍 頭企業(yè)、農(nóng)民專業(yè)合作社和水產(chǎn)養(yǎng)殖小區(qū)，探索不同種類農(nóng)產(chǎn)品、不同類型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營主 體農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用模式及可持續(xù)商業(yè)模式。 二是設(shè)施農(nóng)業(yè)生命信息感知技術(shù)引進(jìn)與創(chuàng)新。積極引進(jìn)消化吸收國外先進(jìn)的作物生命信 息感知技術(shù)和設(shè)備，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物徑流、葉面溫度、蒸騰量等作物關(guān)鍵生理生態(tài)信息在線獲取， 實(shí)現(xiàn)即時(shí)灌溉決策與在線營養(yǎng)診斷。 （圖 8.31） 三是設(shè)施蔬菜病蟲害和水產(chǎn)病害特征信息提取與預(yù)警防控。融合設(shè)施環(huán)境、視頻、動(dòng)植 物生命感知信息，引進(jìn)創(chuàng)新設(shè)施農(nóng)業(yè)病蟲害和水產(chǎn)主要病害特征信息提取技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)施農(nóng) 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 業(yè)主要作物的重點(diǎn)病蟲害和水產(chǎn)主要病害信息實(shí)時(shí)提取與預(yù)警、事前防治與控制。 四是探索設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺(tái)與服務(wù)模式。集成現(xiàn)有農(nóng)業(yè)信息服務(wù)系統(tǒng)，構(gòu)建設(shè)施 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)集成應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)，面向農(nóng)業(yè)主管部門、生產(chǎn)基地、農(nóng)民專業(yè)合作社、基層農(nóng)技 人員、農(nóng)戶等提供多渠道、內(nèi)容豐富的設(shè)施農(nóng)業(yè)與水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)；總結(jié)形成可持 續(xù)、可推廣的設(shè)施農(nóng)業(yè)與水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)模式。 五是農(nóng)產(chǎn)品交易流通平臺(tái)。以天津韓家墅海吉星農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)市場(chǎng)為主體，綜合利用物聯(lián) 網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)，開展農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯，實(shí)現(xiàn)物流、配送、倉儲(chǔ)高效管理，并依托深圳農(nóng) 產(chǎn)品股份有限公司分布在全國的 26 個(gè)農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)市場(chǎng)，探索構(gòu)建“產(chǎn)地裝車、銷地卸車、 網(wǎng)上交易撮合、單品種全國互聯(lián)互通”的新型農(nóng)產(chǎn)品流通格局。 （二）上海農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管試驗(yàn)區(qū) 上海是國際化大都市，農(nóng)產(chǎn)品主要依靠外阜輸入，保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全是一項(xiàng)重大民生 工程，探索應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開展農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管試驗(yàn)，對(duì)確保大中城市食品安全具有普 遍意義。試驗(yàn)重點(diǎn)是農(nóng)產(chǎn)品（水稻、綠葉菜、動(dòng)物及動(dòng)物產(chǎn)品）生產(chǎn)加工、冷鏈物流和市場(chǎng) 銷售等環(huán)節(jié)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用，借助無線射頻識(shí)別技術(shù)和條碼技術(shù)，搭建農(nóng)產(chǎn)品監(jiān)管公共服 （圖 8.32） 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、流通等環(huán)節(jié)全過程智能化監(jiān)控，有效追溯農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、運(yùn)輸、 儲(chǔ)存、消費(fèi)全過程信息。 一是建設(shè)農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)管理物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。集成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，研究生產(chǎn)環(huán)境信息實(shí) 時(shí)在線采集技術(shù)，研究生產(chǎn)履歷信息現(xiàn)場(chǎng)快速采集技術(shù)，開發(fā)農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)管理物聯(lián)網(wǎng)系 統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)前提示、產(chǎn)中預(yù)警和產(chǎn)后反饋。 二是建設(shè)農(nóng)業(yè)投入品監(jiān)管物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，建立水稻、綠葉菜等農(nóng)產(chǎn)品田 間操作電子化檔案，對(duì)農(nóng)業(yè)投入品進(jìn)行規(guī)范管理，做到來源清楚，領(lǐng)用清晰，用量明確。 三是農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引進(jìn)與創(chuàng)新。引進(jìn)、消化國外農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)先進(jìn)技術(shù)，在 消化吸收相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)上，研制集多種傳感器、車輛定位、無線傳輸于一體的冷鏈物流過程 監(jiān)測(cè)設(shè)備，力爭(zhēng)在穩(wěn)定性、可靠性、低成本和低能耗方面有進(jìn)展。開發(fā)農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流過程 監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基于物流過程的實(shí)時(shí)化監(jiān)測(cè)與智能化決策。 四是農(nóng)產(chǎn)品全程質(zhì)量安全監(jiān)管物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺(tái)構(gòu)建與服務(wù)模式創(chuàng)新。構(gòu)建農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安 全監(jiān)管綜合數(shù)據(jù)庫，開發(fā)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺(tái)，提供從農(nóng)田到餐桌為主線的 物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用服務(wù)，實(shí)現(xiàn)以追溯為核心的多方式溯源服務(wù)。培育農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范基地、 示范企業(yè)與工程技術(shù)研究中心。積極探索商業(yè)化服務(wù)模式。 五是農(nóng)產(chǎn)品電子商務(wù)平臺(tái)應(yīng)用示范。以農(nóng)產(chǎn)品電子商務(wù)平臺(tái)建設(shè)為突破口，重點(diǎn)支持農(nóng) 產(chǎn)品電子商務(wù)與農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)的深度融合，加快建設(shè)和推廣從農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)至終端銷售全程 追溯的應(yīng)用系統(tǒng)，搭建農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)銷服務(wù)信息平臺(tái)。 （三）安徽大田生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)區(qū) 安徽是典型的農(nóng)業(yè)大省，對(duì)保障國家糧食安全具有重要意義。試驗(yàn)以大田作物“四情” （苗情、墑情、病蟲情、災(zāi)情）監(jiān)測(cè)服務(wù)為重點(diǎn)，通過遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控與先進(jìn)感知相結(jié)合的農(nóng) 情數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)采集、高效低成本信息傳輸和計(jì)算機(jī)智能決策技術(shù)的集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)大田作 物全生育期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警和生產(chǎn)調(diào)度。 一是建設(shè)大田作物農(nóng)情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。基于傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)采集，集成開發(fā)大田作物農(nóng)情監(jiān)測(cè)系 統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境和作物苗情、墑情、病蟲情以及災(zāi)情的動(dòng)態(tài)高精度監(jiān)測(cè)。