物联网农业系统

董文杰　董双双

摘 要：物联网被称为世界信息产业的第三次浪潮，各行各业都广泛地应用近些年快速发展的物联网系统，该文阐述了农业物联网系统的构建与开发。实验证明，该系统可以为农业的种植提供适合生长的环境，达到单位面积农作物增产，减少能源损耗的作用。

关键词：物联网；智能控制；农业；传感器

物联网（Internet of things）作为新一代的信息技术中重要的一部分，将物与物进行互联网连接。其通过智能检测技术、自动控制技术与计算机通信感知技术相融合，广泛应用于网络。

物联网以信息技术作为核心，将底层的感测数据传输给控制终端，最终完成测控的一体化与智能化，以全局来看实现了一个智能控制的网络。

中国作为一个农业大国，960万平方公里的陆地面积中122万平方公里用于农业耕种。而在传统农业中，由于检测技术的缺乏，农业经营者大多通过经验来观察土壤情况与农作物生长状态，亦有通过农作物的病态生长情况来追溯生长环境存在的问题，因此在这样的情况下实施的农业耕种措施往往具有滞后性。本文论述了一种以农业大棚为平台的农业物联网系统就可以科学有效的获取农作物环境信息，如检测空气温度、二氧化碳浓度、光照强度等，同时进行数据分析，最终通过控制终端自动进行调整至适宜农作物生长的环境。

1 检测传感器选择

本文论述的农业系统主要检测数据为温度、湿度、二氧化碳浓度和光照强度。因此在每一个检测点集成检测四种数据的传感器，用于采集农作物生长环境的参数。土壤温度传感器采用DS18B20温度传感器，不仅工作稳定而且精度极高，可适应-55～125℃的工作环境。湿度采用DWS-S8传感器，其克服了传统温湿度传感器误差大，不稳定与需定期校准等的缺点，并具有体积小、功耗低、抗干扰能力强、性价比高等优点。二氧化碳浓度传感器采用MG811模块，有良好的灵敏度和选择性，受温湿度的变化影响较小，具有良好的稳定性。光照强度传感器采用高精度的HA2003传感器，以真实的太阳光为参考，最大化地降低了光源对数据采集的影响。各个传感器的技术参数如表所示。

2 信息传输模块的选择

本系统采用低功耗远距离的无线收发NRF24E1芯片，这是NORDIC公司基于ANT无线网络开发的芯片。在进行点对点或者点对多点的无线通信时，可以在125个频点中进行选择，采用跳频技术有效避免干扰。其采用的ANT无线网络并不为人所熟知，因为它开始被应用于医疗器械等行业，但是因为其优异的性能，慢慢被大家接受并使用。ANT无线网络具有功耗低和网络部署灵活量大特点。其最低工作电流约为10微安，休眠工作电流低至0.5微安。

NRF24E1的主要特点有：

处理器：8位高速处理器，兼容Intel MCS51的指令集，运行速度相比传统的8051增加了12倍，同时具有32位乘除法单元，运算能力大大得到提升。

多功能I/O口：NRF24E1具有三种封装型号：4×4mmQFN封装具有7个通用I/O口， 5×5mmQFN封装具有15个通用I/O口，7×7mmQFN封装 具有31个通用I/O口。

2.4GHz射频收发：具有125个射频频道可选，其中79个频道介于2.400～2.4853GHz之间，空中数据速率支持250Kbps、1Mbps或2Mbps，数字接口SPI速率为0～8Mbps。

低功耗：NRF24E1采用了多环节低功耗设计并且支持全静态停止和待机的低功耗设计等。

3 控制结构的设计

温度调控：当大棚温度高于设定值时，控制电机放下黑色纱网阻挡太阳光。当大棚温度地狱设定值时，控制电机收起黑色纱网。

湿度调控：当湿度高于设定值时，打开浇灌设备进行灌溉。当湿度低于设定值时，打开通风设备，降低棚内湿度。

CO2含量调控：当CO2含量异于正常值时，打开通风设备使棚内二氧化碳保持在一个稳定合适的浓度。

光照强度调控：当光照强度高于设定值时，打开照明设备。当光照强度低于设定值时，控制电机放下黑色纱网阻挡太阳光。

4 应用前景

随着我国经济的騰飞，务农人数大量下降，导致农业劳动力与农业生产面积严重不符，因此集中化的自动控制管理农场被迫切的需要。相关资料表明，在温度、湿度、光照强度、CO2浓度可控的温室内，一季番茄、黄瓜等可增产10倍以上。其他各类农作物在次环境下的产量也是大量增加。由于准确采集各类数据，因此可减少肥料，电力与水利能源的需求，大大的节约了能源。同时，由于大棚内的环境可控，有利于培育高附加值的经济作物，增加单位面积的收益，促进农民的增产收益。本系统在一定程度上解决了农业生产者的问题，但仍

在以下方面还有不足。系统检测的内容有限，仅检测了温度、湿度、CO2含量和光照强度。但对于农作物的生长状态的检测并没有列入检测范围，因此缺乏农作物产生不良生长状态后的自动处理方案。通过农作物生长环境和生长状态结合的检测相比较来说更加全面，这也是本文内容有所欠缺的。农业种植需要大量的数据来测算控制植物生长于适合的环境中，而由传感器与无线网络组成的物联网系统对于农业种植的标准化和自动化实现有很大帮助。应用自动控制和无线网络技术实现农业的自动化管理，是现代农业的重要标志，因此物联网农业也是未来农业生产的必然趋势。

参考文献

[1] 张小伟，基于物联网技术的农业大棚监控系统研究[学位论文]硕士，2014

[2] 高旭东，基于加速度传感器和无线传输的奶牛计步器系统[学位论文]硕士，2014

[3] 刘强，崔莉.物联网关键技术与应用[j]，计算机科学，2010

[4] 马军，孙颖.应需而生的物联网应用[j]，现代电信科技，2010.5