基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)

摘要：立足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智能化發(fā)展和實(shí)際需求，合理選用ZigBee技術(shù)、無線組網(wǎng)枝術(shù)、傳感器技術(shù)、RFID技術(shù)、單片機(jī)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(yuǎn)程傳送技術(shù)、TTS語音合成技術(shù)、自適應(yīng)網(wǎng)關(guān)切換技術(shù)等物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括農(nóng)業(yè)產(chǎn)品環(huán)境監(jiān)測與培育平臺系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)品運(yùn)輸管理與控制系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)品銷售與分配管理系統(tǒng)等三個子系統(tǒng)，可通過遠(yuǎn)程交互方式來解決農(nóng)作物的智能監(jiān)測和培育、運(yùn)輸、銷售等階段的一些實(shí)際問題，最終實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物的科學(xué)培育、精準(zhǔn)運(yùn)輸、產(chǎn)品溯源等智能農(nóng)業(yè)應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：智能農(nóng)業(yè)；物聯(lián)網(wǎng)；ZigBee；RFID；自適應(yīng)切換；遠(yuǎn)程交互

0 引言
以感知和智能為特征的新技術(shù)的出現(xiàn)和相互融合，使得未來信息技術(shù)的發(fā)展由互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)向物與物互聯(lián)信息主導(dǎo)的物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)是在計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用無線通信、傳感器、RFID等技術(shù)，構(gòu)造一個覆蓋世界上萬事萬物的“Internet of Things”。物聯(lián)網(wǎng)被稱為繼計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，將催生一個巨大的新興產(chǎn)業(yè)。2009年，溫家寶總理到中科院無錫高新微納傳感網(wǎng)絡(luò)工程技術(shù)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(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項(xiàng)，與新能源、綠色制造等并列為國家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。
物聯(lián)網(wǎng)已成為當(dāng)前世界新一輪經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的戰(zhàn)略制高點(diǎn)之一，發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)對于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。為抓住機(jī)遇，明確方向，突出重點(diǎn)，加快培育和壯大物聯(lián)網(wǎng)，根據(jù)我國《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》和《國務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)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(guī)劃》。
目前，我國物聯(lián)網(wǎng)在安防、電力、交通、物流、醫(yī)療、環(huán)保等領(lǐng)域已經(jīng)得到應(yīng)用，且應(yīng)用模式正日趨成熟。在安防領(lǐng)域，視頻監(jiān)控、周界防入侵等應(yīng)用已取得良好效果；在電力行業(yè)，遠(yuǎn)程抄表、輸變電監(jiān)測等應(yīng)用正在逐步拓展；在交通領(lǐng)域，路網(wǎng)監(jiān)測、車輛管理和調(diào)度等應(yīng)用正在發(fā)揮積極作用；在物流領(lǐng)域，物品倉儲、運(yùn)輸、監(jiān)測應(yīng)用廣泛推廣；在醫(yī)療領(lǐng)域，個人健康監(jiān)護(hù)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等應(yīng)用日趨成熟。除此之外，物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)境監(jiān)測、市政設(shè)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(yīng)用。

1 物聯(lián)網(wǎng)的概念
物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱叫“The Internet of Things”，簡稱IOT。物聯(lián)網(wǎng)的定義是：通過射頻識別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)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(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；第二，其用戶端延伸和擴(kuò)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”要滿足以下條件才能夠被納入物聯(lián)網(wǎng)的范圍：
(1)要有相應(yīng)信息的接收器；
(2)要有數(shù)據(jù)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(yīng)用程序；
(7)要有數(shù)據(jù)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(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)
隨著中國經(jīng)濟(jì)近30年來的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源緊缺和農(nóng)業(yè)對資源消耗過大的問題對農(nóng)業(yè)發(fā)展的制約愈發(fā)明顯。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將先進(jìn)的傳感、通信和數(shù)據(jù)處理等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，構(gòu)建智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，是解決農(nóng)業(yè)發(fā)展滯后問題的有效方法。
2．1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)
針對農(nóng)業(yè)的培育、運(yùn)輸、分配等環(huán)節(jié)設(shè)計了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能農(nóng)業(yè)應(yīng)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(jī)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(yīng)切換的網(wǎng)關(guān)等技術(shù)搭建了智能監(jiān)測與培育、運(yùn)輸管理與控制、銷售與溯源這三個子系統(tǒng)組成的應(yīng)用系統(tǒng)模型。系統(tǒng)模型中所有電路的PCB設(shè)計、程序接口、網(wǎng)關(guān)以及上位機(jī)交互均為自主設(shè)計，設(shè)計制作功能模塊總計有23種。每個子系統(tǒng)或是模塊都結(jié)合實(shí)際應(yīng)用考慮，融合了不同的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)架而成。三個組成子系統(tǒng)很好地體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)，解決了農(nóng)作物從培育到最后銷售各個環(huán)節(jié)的實(shí)際問題。雖然三個子系統(tǒng)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(dá)到了智能農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的要求。