农业监测系统

农业监测系统（精选十篇）

农业监测系统 篇1

设施农业是通过采用现代化农业工程和机械技术, 使传统农业逐步摆脱自然的束缚, 改变自然环境, 为动、植物生产提供相对可控制甚至最适宜的温度、湿度、光照、水肥和气等环境条件, 而在一定程度上摆脱对自然环境的依赖进行有效的农业生产。设施农业是走向现代工厂化农业生产的必由之路, 也是农产品打破传统农业生产的季节性, 实现农产品的反季节上市, 进一步满足多元化、多层次消费需求的有效方法。由于设施内适宜生物生长发育的小气候是人为创造的, 所以对小气候的监测和控制非常重要。另外, 设施外的环境条件也对设施内的小气候和设施本身有着极大的影响, 所以农业气象预报在设施农业生产中同样有着重要的作用。该系统除了对设施内农作物的长势监测、气象环境监控, 同时也考虑了外界周边的实时天气情况。

1 监测系统的结构

设施农业远程监测系统主要由前端实景监测、3G无线传输、中心视频服务器管理平台三部分组成。通过中心视频管理服务器, 可以远端浏览被监控的实时画面, 还可以对监控点的监控模式及监控参数进行设置, 如可以将监控模式设置为实时视频监控、定期抓拍图片, 可以对云镜进行远程遥控等。监控系统结构如下图:

1.1 实景监测

实景监测设备分为设施内实景监测设备和设施外气象环境监测设备。在设施内安装200万像素、540TVline/彩色 (黑白可达570 TVline) 光学37倍变焦宽动态摄像机, 中型蜗轮蜗杆式固定式云台, 定时采集农作物远景、近景、多方位图片 (每小时一次, 可根据需要调整时间间隔) ;各种传感器, 采集温度、湿度、土壤墒情等数据。设施外设置自动气象站自动采集气象环境监测数据、各种气象因子数据。将采集的数据进行图像压缩、MD转换等自动上传到中心端服务器。

1.2 3G无线传输

3G无线网络传输设备将监测点前端视频采集设备采集的视频图像实时传送到远端服务管理平台。同时, 接收从Web控制页面发出的指令, 并将其转发至前端云台, 以实现远程遥控前端设备。3G无线网络优先采用联通WCDMA技术, 支持多路3G无线网络并行传输方式。前端设备可任意部署在有3G网络信号的地方, 不受距离限制, 监控范围广、扩充能力强, 而且3G网络传输速率高、实时性强, 既可采用实时视频监控方式, 也可采用定期拍摄图片方式进行监控。所以采用3G无线网络传输是本系统的一个亮点。

1.3 中心视频服务器管理平台

中心视频管理服务器是整个监测系统的中枢部分, 对前端采集的数据进行存储、查询和处理, 采用GIS技术实现对实景图片和实时监测数据的显示。通过浏览器登录中心管理平台Web页面, 即可按照需要对前端设备发布指令进行远程遥控, 实现对所有监测点的统一集中管理。该系统的硬件设备由机架式服务器、磁盘阵列、VPN、网络交换机等。软件设备有嵌入式视频采集传输软件、视频转发软件等。平台采用Linux操作系统, 选择C++作为开发语言, B/S的三层体系结构 (如图2所示) , ASP.NET技术设计Web页面。系统利用SQL Server构建网络数据库并通过适用于网络数据库访问的ADO.NET技术来实现数据信息的交互。

2 系统功能

2.1 监测数据采集功能

该系统具有对设施内农作物的实时监测功能, 可进行分辨率为UXGA、D1、VGA、CIF的视频流实时采集。可以设置定点定时拍照, 通过云台预置点功能设定不同点位的拍照, 全方位采集, 实现360度全范围监测, 使用户可以方便地进行向上、向下、向左、向右、拉近、拉远或者旋转操作, 并可以全屏放大, 全方位的观看场景, 创造一种崭新的视觉效果。按照时间点、时间段设置拍照模式, 定时抓拍为JPEG格式, 最高可达200万像素抓拍。还可以扩展主机接口, 即可以增加接入环境监测设备得数量, 实现温湿度、风力、环保数据等采集。将采集的图像视频等数据按照H.264编码技术压缩上传到中心视频管理服务器。

2.2 平台功能

监控中心接收到前端采集设备上传的数据后, 按照指定方式存储于数据库中, 并将相关数据与监测点视频、图片数据进行同屏叠加。通过浏览器向Web服务器发出访问动态页面的请求, Web服务器通过应用程序执行该页面中的动态指令, 向数据库提出访问数据请求, 数据库可以将传来的数据写入数据库, 也可以将数据查询结果传给Web服务器, Web服务器再通过HTTP协议将数据访问结果交由浏览器, 显示在用户的浏览窗口上。通过Web页面, 还可以通过远程操作对前端设备进行相关参数设置, 如远程操控前端云镜设备等。

2.2.1 实时状态监控功能

(1) 实时状态图。

在系统的状态图GIS页面, 将鼠标移动到各个站点上, 则可以显示站点信息。如果状态为错误, 则显示“数据错误”状态, 分为“观测要素数据错误”和“报文格式错误”两种。如果状态为“数据未到”, 则不显示各要素数据, 仅显示站点名和“数据未到”。

在显示实时状态图时, 站点信息会增加三个链接:

①显示该条件下对应的要素图页面的链接;

②显示该站点的三维实景的链接;

③如果对应的设备类型存在“摄像头监控”, 则显示带链接的摄像头图标, 点击能打开摄像头监控的画面, 否则不显示摄像头图标。

(2) 要素图。

将被监控站点的某一时刻的小时数据按照要素组和要素的顺序描绘成曲线要素图, 可以查询前一天内的变化情况。在要素图上设置链接, 点击时, 要素曲线图随之变化。该要素图还可以进行历史时刻查询。如下图所示:

2.2.2 数据监控功能

可将所选择要素的一定时间点的要素值填充到GIS地图上, 单击该站点则可显示实时要素图。通过数据监控功能, 系统可以根据查询条件显示多站单要素和单站多要素的数据列表、曲线对比图。对于不同单位的观测要素, 系统统一时刻只允许做多选择2种单位的观测要素, 左侧纵坐标、右侧纵坐标, 但是对于相同单位的观测要素而言, 不做限定, 如下图:

2.2.3 实时音视频浏览功能

实现通过网络的实时音视频浏览, 可以在远程计算机上实时监控, 亦可实现远程通过硬件解码器在监视器、电视墙上观看实时视频。具体包括:

(1) 多画面监视。

将指定的一个或多个监控点实时图像显示在指定的一个或多个显示器上, 实现对多个监控点的显示。

(2) 多画面轮巡。

可将一组图像设置在一个播放控件窗口或一个电视墙屏幕上, 并可设置轮巡时间间隔, 以实现多个画面轮流显示。

(3) 设置功能。

实现图像参数的手动和自动设置并实时调整的功能。

(4) 字幕叠加。

视频画面可叠加反映该段视频时间、地点等信息的字幕, 选择实现字母位置可调。

2.2.4 云镜控制功能

云台的控制包括云台的上下左右转动, 巡逻功能, 预置点设置功能, 云台转动的步进值应可设置。同时支持雨刮、辅助灯光开关功能。镜头的控制包括变倍、调焦 (具有手动和自动调焦功能) 、光圈 (具有手动和自动光圈调节功能) 。

2.2.5 录像及录像回放功能

系统设置了三种录像模式:定时录制, 根据系统中用户预置的时间表进行录像;手动录制, 按照用户的开始录像、录像时长、停止录像指令进行控制的录像;报警录制, 由系统中事件 (报警触发、图像运动检测触发) 的发生而触发的录像, 报警录制应该有预录功能, 可设置对报警发生前的一段时间的视频信息进行录制。

录像回放提供方便的录像检索、查询手段, 可根据时间、地点和报警类型等信息检索并回放图像, 回放时可实现播放、快放、慢放、单帧放、拖曳、暂停等功能, 可选择实现多路图像同步回放功能。

3 系统工作模式

为了满足对监测区域的不同监测需求, 系统设置了三种工作模式:

(1) 休眠模式:在不需要监测的时候, 通过中心端Web页面控制前端设备进入休眠状态, 保护前端设备, 节省通信费用。

(2) 警戒模式:需要长期对比性的监测或对某观测点进行一种预警监测, 通过中心端Web页面控制前端设备进入警戒工作模式 (即图像定时抓拍模式) , 抓拍间隔及图像质量可在中心端远程控制, 利用云台的预置功能, 实现对多个监测区域的多点实时图像抓拍功能;同时, 结合本监测点自动站上传的气象要素, 实现实时图片与实时气象要素曲线的同屏叠加, 为预报人员提供监测点第一手气象要素与实景图片资料。此外, 每个监测点的实时图片资料均在中心服务器中长期存储, 作为有价值的历史资料, 便于今后研究使用。

(3) 应急模式:在需要对监测区域进行实时视频监测或监测区域出现灾害性天气趋势, 需要对险要区域进行密切关注时, 通过中心端Web页面控制前端设备立刻进入应急工作模式, 实现对监测区域的实时视频监测与摄像头旋转、变焦控制, 以实现对重点监测区域的全方位实时、准确、精密监测。结合本监测点采集设备采集上传的气象或其他要素信息, 实现实时视频图像与实时要素曲线的同屏叠加, 为管理部门提供决策服务。

4 结语

该系统可以实现设施内气象因子与农作物的实景高清实时监测, 可以及时的调整设施内的环境, 监测农作物的生长状况!本系统还可以利用历史气象因子观测资料及高清图片资料, 为农业专家及气象专家分析气象环境对农作物生长过程的影响、病虫害的防治等提供第一手参考资料, 为用户及时提供农作物生产指导意见及防灾减灾预警信息, 提高农作物生产种植效率。

参考文献

[1]刘志伟.基于ARM的嵌入式图像监测系统研究[D].西安:西安工业大学, 2006, (3) .

[2]杨峰.基于B/S的嵌入式视频监控系统的设计与实现[J].计算工程与设计, 2008, (11) :5576-5579.

[3]刘富强.数字视频监控系统开发及应用[M].北京:机械工业出版社, 2003.

[4]姜凤利, 朴在林, 王义明.基于嵌入式Web服务器的网络视频监控系统[J].农业科技与装备, 2008, (6) :49-52.

[5]彭小帧, 郝福珍, 鄢楚平.基于B/S的视频监控系统客户端的设计与实现[J].计算机工程与应用, 2007, 43 (24) :208-211.

农业监测系统 篇2

1.前言

1.1国内外农业温室大棚系统的现状

我国是一个农业大国，目前在广大农村，农业温室比比皆是。近年来，随着我国农业和农村经济的发展，农业生产方式逐步由传统的粗放经营式向现代集约型经营方式转变，农业科技示范园，作为现代集约型农业和高新科技应用的示范窗口，应运而生。随着科学技术的进步，温室的结构档次在逐步的提高，建设一种可提高温室内作物产量和质量，降低生产成本，减轻工作人员劳动强度的农业温室大棚智能监控系统，是广大温室作物生产人员的迫切需求。

目前，虽然也有不少单位或个人引进了一些国外的计算机智能监控系统，如温室环境监控系统，施肥灌溉监控系统，工厂化育苗智能监控系统等，这些系统真正实现了温室控制的智能化和自动化，但往往存在投资过大．系统维护不方便等各种发展制约瓶颈，再者就是要求温室的管理操作人员本身有较高的文化素质和较丰富的工程技术经验，目前我国广大农民还不具备，这也限制了国外同类产品在国内的推广应用。开发低价位、实用型的农业温室大棚智能监控系统对于推进我国农业自动化、智能化进程具有重要的意义，同时也具有很大的市场潜力。据调查，目前市场上迫切需要的是一种低成本、操作使用简便的实用农业温室大棚智能监控系统。针对这一要求及我国日光温室量大、面广的特点，研究一种既符合我国农业水平实际又适合农民经济承受能力、技术上不低于国外同类产品的农业温室智能集成监控系统是非常必要的。智能化农业温室大棚是集农业科技上的高、精、尖技术和计算机自动控制技术于一体的先进的农业生产设施，是现代农业科技向产业转化的物质基础。它能营造相对独立的作物生长环境，彻底摆脱传统农业对自然环境的依赖性。目前，计算机监控在农业温室大棚种植中得到了越来越广泛的应用，并正在成为农业温室大棚监控的核心。智能化农业温室大棚研究是当今兴起的一门横跨生物学、计算机科学、电子科学、机械设计和环境控制等几大学科的综合了多种高新技术的边缘学科。从目前我国农业发展政策看，未来10一15年我国农业科技进步的重要内容就是推动规模经营和农业产业化的发展，所以研究开发适合我国的国情的农业温室大棚智能监控系统是非常必要的。

1.2本监控系统简介

农业温室大棚智能监控系统集传感器、自动化控制、通讯、计算等技术于一体，通过用户自定仪作物生长所需的适宜环境参数，搭建农业温室大棚智能化软硬件平台，实现对农业温室大棚中温度、湿度、二氧化碳等因子的自动监测。

本系统可以模拟基本的生态环境因子，如温度、湿度、二氧化碳浓度等，以适应不同生物生长繁育的需要，它由数据采集设备单元组成，按照预设参数，精确的测量温室的温度、湿度、二氧化碳参数等，并利用手动、自动两种方式启动或关闭不同的执行结构（遮阳幕、通风系统等），程序所需的数据都是通过各类传感器实时采集的。

该系统的使用，可以为植物提供一个理想的生长环境，并能起到减轻人的劳动强度、提高设备利用率、改善农业温室大棚气候、减少病虫害、增加作物产量等作用。

1.3本控制系统具有的特点 1.3.1预测性

通过对气候参数的分析，可以预测控制设备的运行情况，提高设备的利用率，降低能耗。

1.3.2强大的扩展功能

通过选用不同的外围设备，可以控制温室环境及风机、卷帘、灌溉等。1.3.3完善的资料处理功能

通过中央控制软件，可以不问断地记录温度、湿度、二氧化碳等传感器的信息以及各种控制设备的动作记录等。

1.4远程监控功能

即使工作人员不在现场，也可以通过远程监控系统对温室内的环境参数及设备进行监测和控制。

2.农业温室大棚智能监控系统的设计

2.1系统设计要求

农业温室大棚智能监控系统是一个涉及到温度、湿度、二氧化碳浓度及种植品种等多种因素的监控系统。因此，该系统的没计应具备以下功能：

l、较宽的工作电压范围：110v-380v交流：

2、能长时间连续、稳定、可靠的工作；

3、能对温室内的温度、湿度、二氧化碳浓度等参数进行准确的测量：

4、能根据种植品种的不同，可以设定温度、湿度、二氧化碳浓度的预警。2.2系统设计原则

1、系统性能稳定，运行可靠。

2、操作简单，维护方便。

3、整个系统易于扩展。

4、运行经济节能，维护费用低。

5、性能价格比高。

2.3系统整体架构

系统采用上、下位机监控方案，下位机为系统前端采集设备，实施对温室大棚环境参数的检测与环境调整机构的控制；上位机为系统远程监控计算机，采用可视化编程语言设计界面友好的环境监测与管理系统，实现对温室的远程监控与管理操作。其基本的框架图如下：

3.农业温室大棚智能监控系统的建设 3.1 系统介绍

该系统利用温度、湿度、二氧化碳等传感器采集现场的相关数据，采集到的数据在现场就通过无线方式发送到数据服务器中，通过应用服务器和web服务器对采集到的数据进行应用和显示。

系统网络结构分为三层，第一层为数据管理层：由电脑和以太网组成；第二层为数据传输层：采用GPRS无线数据传输；第三层为数据采集层：由GPRS远程测控终端和传感器组成，该层和第一层之间无需电缆连接；所有的传感器和GPRS远程测控终端只需要用一根电缆连接。3.2 数据管理层

中心采用通过GPRS/GSM 网路把室外各站点传感器数据发送到中心计算机，在这里进行各个站点参数设置，及对各站点运行情况进行统计，并可通过专用软件在计算机上存储，实时显示所有大棚站的温湿度、二氧化碳数据和图表。同时可以人工进行特殊操作。建立GPRS中心连接的两种方式：

A．监控中心服务器采用固定IP地址，当监控点数量增加，中心不用扩容即可满足需求（适用监控点数较多几百上千个）。

B．监控中心服务器采用动态IP地址（可以申请花生壳软件采用域名的方式），当监控点数量增加，中心不用扩容即可满足需求（适合监控点数在300个左右的）。3.3 数据传输层

本系统数据采集层与数据管理层（中央处理系统）之间的通信、采用目前应用已经比较成熟的GPRS网络实现远程通信。

采用GPRS无线数据传输具备如下特点：

1、可靠性高：

与SMS短信息方式相比，GPRS采用面向连接的TCP协议通信，避免了数据包丢失的现象，保证数据可靠传输。中心可以与多个监测点同时进行数据传输，互不干扰。GPRS网络本身具备完善的频分复用机制，并具备极强的抗干扰性能，完全避免了传统数传电台的多机频段“碰撞”现象。

2、实时性强：

GPRS具有实时在线的特性，数据传输时延小，并支持多点同时传输，因此GPRS监测数据中心可以多个监测点之间快速，实时地进行双向通信，很好地满足系统对数据采集和传输实时性的要求。目前GPRS实际数据传输速率在30Kbps左右，完全能满足系统数据传输速率（≥10Kbps）的需求。

3、监控范围广：

GPRS网络已经实现全国范围内覆盖，并且扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。比较很多无线数据网络（集群，双向传呼，CDPD，CDMA）而言，其网络覆盖是最好的。

4、系统建设成本低：

由于采用GPRS公网平台，无需建设网络，只需安装设备就即可，建设成本低；也免去了网络维护费用。

5、系统运营成本低：

采用GPRS公网通信，全国范围内均按统一费率计费，省去昂贵的漫游费用, GPRS网络可按数据实际通信流量计费，(1分-3分/1K字节)，也可以按包月流量收费，从而实现了系统的低成本通信。

6、可对各监测点仪器设备进行远程控制：

通过GPRS双向系统还可实现对仪器设备进行反向控制，如：时间校正、状态报告、开关等控制功能，并可进行系统远程在线升级。

7、系统的传输容量，扩容性能好：

能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要；由于系统采用成熟的TCP/IP通信架构，具备良好的扩展性能，一个监测中心可轻松支持几千个现场采集点的通信接入。

总之，它真正体现了少用少付费的原则。通过GPRS无线网络将用户设备数据传输到Internet中的一台主机上，实现数据远程传输，可广泛应用于“物联网”涉及的各个行业。

传感器用来对温室内的温度、湿度、二氧化碳浓度进行实时数据采集。根据温室作物生长特点和环境要求，选择精度较高、运行稳定，性价比较高的传感器是十分有必要的。在该项目所采用的传感器类别及性能参数如下： 防护型红外二氧化碳变送器是在进口红外二氧化碳传感器基础上设计的一款专门用于在农业等多种高湿场合使用的产品系列，该产品系统有电压、4-20mA电流接口可选配。该产品采用多重防护，确保内部的传感器不受外界高湿等环境影响，确保传感器可靠稳定工作。产品具有更低的供耗，信号输出更加稳定，并且嵌入了自动校准模式，确保长期工作稳定性和精确度。

4.监控系统软件平台（软件功能可定制）

农业温室大棚智能监控系统的软件管理功能主要包括用户管理模块、数据实时显示模块、历史数据管理模块、报警数据管理模块、曲线分析模块、网络信息发布及资源共享模块等功能。

4.1实时数据显示模块

数据实时显示模块主要是将各种传感器实时采集到的环境参数、设备运行状态进行显示，以满足人们对温室环境监测的需求。

4.2历史数据管理模块

用户可通过访问系统服务器，远程检索回放站端的任意历史数据。系统提供了智能化快速检索回放历史数据的功能，可按时问、异常情况等进行检索，大大降低了检索时间和复杂程度，使用户可以迅速地查找到需要的历史资料。

4.3报警数据管理模块

通过该模块，用户可以实现全方位的报警信息通报。在线报警栏中的报警信息，在每一个监控页面都是相同的，无论在中心还是办公网络内的客户端，可以让操作人员最短时间内发现报警信息，解决故障。

4.5曲线数据分析模块

一个好的农业大棚温室智能监控系统，不仅在于它能实时、远程监控系统，关键还要能够提供曲线数据．通过对曲线数据的分析，从中找出对温室中农作物生长最为有利各种参数，并通过与农业专家系统的接口．提供一个农作物生长最为有效的模型。

4.6网络信息发布及资源共享模块

位于监控中心的监控服务器与厂区内的局域网络连接，在局域网内进行信息发布，这样厂区管理层的人员都可以在它自己办公室里的计算里随时通过IE的方式访问主机服务器内的全部数据和画面。

每位浏览者都将拥有唯一的用户名和密码的身份验证，它的用户名决定它的监控范围。虽然是采用IE的方式访问现场数据，但所看到的全部数据及画面与信息中心服务器的内容完全相同、效果也完全一样。速度方面也不会任何的延时。通常厂区办公管理网络允许被连接到互联网，这样即使出差在外地的领导也同样可以连回厂内访问现场的数据。

5.系统优势

本系统采用分布式控制结构，依据分散采集数据。集中操作管理，相对独立的设计思想，综合运用计算机网络通信和模糊控制技术，实现了单个温室的智能控制以及多个温室的联网监控。控制系统可根据温室内温度、湿度、二氧化碳浓度等参数的变化，按照预先设定的条件对风机、灌溉、二氧化碳发生器等设备进行全自动控制，系统具有功能强大、性能优越、配置灵活、安全可靠等优点。

01、全天候不间断在线监测，无论晴雨雷雪，均可实现数据的持续采集，让数据具有连续性，对农业温室环境参数的历史分析和技术优化变得更加有效。

02、所有数据实现无纸化记录，历史可查，可根据客户的需求定制各种分析报表和打印格式，使该系统更加人性化和实用性。

03、真实有效的现场数据给政府、企业的管理上带来的可追溯、可衡量的标准，降低了管理的难度。

04、降低环境对监测的影响，无论是有毒有害的环境还是障碍物，都可实现信号的远程无线采集，降低现场巡检的难度，提高巡检和参数记录的难度。

05、大大降低人力成本，通过该系统的运用，减少了人员的投入，实现让更少的人管理更多的设备和安全领域。

06、实现了防患于未然，该系统会对历史运行数据和安全警戒值进行扫描判断，当变化达到临界值时会自动通过手机短信方式通知用户，让用户及时对设备和安全隐患进行及时处理，做到早发现早处理。

07、良好的功能扩展性，使得该系统能随时适应客户需求的变化，做到及时的调整和优化，顺应客户的变化而变化。

农业监测系统 篇3

关键词：CC430；无线传感网络；LabVIEW；设施农业；作物生长；环境要素；监测系统

中图分类号： TP277；S126 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2014）07-0414-02

收稿日期：2013-10-28

基金项目：中国博士后科学基金（编号：2013M541505）。

作者简介：王克甫（1976—），男，河南鄭州人，硕士，讲师，研究方向为电子技术与自动化。E-mail：wkf1976@126.com。设施农业通过利用人工建造的设施，使得传统农业逐步摆脱自然的束缚，走向安全、高效和高产的现代化农业[1]。设施农业控制的核心是通过监测设施农业环境内的各个要素参数，根据实际需求与要素设定值改变环境各要素参数，如温度、湿度和烟雾浓度等，使作物能生长在合适环境下，达到最佳生长状态[2]。但是目前对于设施农业大棚内各个环境要素的监控主要通过人为观测来实现，不仅耗费人力、物力和工时，而且无法实现实时的报警监测，因而难以实现各个要素的有效监控。近年来，随着物联网和无线传感网络技术的不断发展，技术的应用逐步深入国民生活的方方面面[3]，而二者的核心技术之一的射频识别技术（radio frequency identification，RFID）是整个无线传感网络发展的支撑点[4]。本试验采用CC430单片机设计了农业大棚环境参数监测系统，当环境参数超出预设的适宜生长范围时会自动发出报警，并通过长时间的监测建立作物生长模型，指导合理耕作。

1系统结构设计

基于CC430的设施农业环境信息监测系统主要包括温度传感器子节点、湿度传感器子节点、气敏传感器子节点、主节点、RS232接口和LabVIEW框架下的计算机系统[3]（图1）。温度传感器子节点、湿度传感器子节点和气敏传感器子节点用来检测设施农场内环境的温度、湿度以及烟雾浓度等参数信息；主节点用来接受各个子节点发送来的数据，并将数据打包处理后通过RS232通信接口发送给上位机；计算机系统用来接收由路由节点发送来的数据包，并对数据包进行解包处理，分别显示温度、湿度和烟雾浓度等设施农场内的环境参数曲线以及形成相应的报警提示等功能[5]。

2采集电路硬件设计

传感器子节点主要包括传感器、数据预处理电路、无线数据收发器组成，设计框图如图2所示。

传感器主要用于感知农业环境中的温度、湿度和烟雾浓度等各种信息数据，将外界信息转化为电信号；数据预处理用来对传感器传输来的电信号进行放大滤波，使得电信号的幅值和频率等参数满足单片机CC430F6137的要求。CC430F6137作为无线收发器的主控单元，用来完成对农业环境信息数据的采集和无线传输，无线传输包括参数设置、数据格式转换和无线协议设计等；无线匹配网络用来实现网络节点之间可靠的无线数据传输。

2.1温度传感器

温度传感器选用达拉斯公司生产的DS18B20作为温度传感器。DS18B20的检测范围为-55～125 ℃，最高分辨率达12位，精度能够到达±0.5 ℃，完全可以满足农业设施的环境要求。同时DS18B20具有先进的单总线数据通信功能，大大简化了硬件电路设计，使用方便、可靠性强；内置EEPROM，具有限温报警功能；64位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接。DS18B20具有3个引脚，1引脚接电路信号地（GND）；2引脚作为数字信号输出，需要接47 000 Ω上拉电阻，上拉电阻接+3.3 V电源；3引脚接电源+3.3 V[6]。

2.2湿度传感器

湿度传感器选用广州奥松公司生产的DHT11湿度传感器。DHT11湿度测量范围为20%～90%RH，湿度分辨率达8位，精度达到±1%RH，完全可以满足农业设施的环境要求。DHT11具有4个引脚，1引脚接+5 V电源；2引脚为输出端，接CC430的P5.1端口，需要接5 000 Ω上拉电阻，上拉电阻接 +5 V 电源；3引脚悬空；4引脚接电路信号地[7]。

2.3气敏传感器

气敏传感器选用MQ-2，检测气体浓度范围为300～10 000 μL/L，对烟雾、可燃气体（如天然气、液化石油气）等具有较高分辨率，完全可以满足农业设施的环境要求。气敏传感器电路如图3所示。

气敏传感器具有6个引脚，1、2、3引脚接+5 V电源；5引脚通过匹配5 000 Ω电阻与电路信号地（GND）相连；4、6引脚为传感器输出端，短接5 000 Ω匹配电阻与地相连，并与比较器LM311的3引脚正输入端相连。在气敏传感器电路中，通过与LM311的2引脚负输入端的烟雾浓度阈值电压相比较，判定烟雾浓度是否超标，阈值电压可以通过调节 10 000 Ω 可变电阻来设定。如果3引脚的输入电压值小于2引脚的阈值电压，LM311的7引脚输出端为信号0，烟雾浓度没有超标，不报警；若3引脚的输入电压值大于2引脚的阈值电压，LM311的7引脚输出端为信号1，烟雾浓度超标，报警。LM311的8引脚接+5V电源，4引脚接信号地，7引脚需要接 4 700 Ω 上拉电阻R14，R14接入电源+5 V，并通过0.1 μF的小电容C 25，接入信号地[8]。

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3软件设计

3.1传感器子节点程序设计

在无线传感网络中，每个节点都有一个固定的地址编码，用于身份识别。传感器子节点程序主要用来监测设施农业环境中各个要素的数据。软件设计框图如图4所示。传感器子节点程序主要采集分布在设施农业环境中的传感器传输电信号，并对采集到的电信号进行相应的处理，通过数据转换、格式转换和打包处理等，并利用射频433 MHz进行无线数据传输。数据传输过程中LED指示灯闪烁，传输完毕后LED指示灯熄灭。

5结束语

与传统的人为观测设施农业环境要素相比，基于CC430的设施农业环境信息监测系统能有效实现设施农业环境要素的实时监测，并通过设置环境要素阈值给予报警提示。以LabVIEW软件构建的上位机具有良好的人机界面、操作简单便捷、便于用户使用、功能扩展性强的特点。系统试验结果表明，网络节点间能够达到300 m的通信距离，且能够对农业设施环境中温度和湿度进行有效的数据采集。利用上位机能够对农业设施环境中的要素进行实时的数据波形监测，通过设定阈值来保证设施农业环境中农作物的可靠生长，一旦某一要素超过阈值，就会报警提示。该系统能够应用在现代化大型生产的设施农业环境要素监管过程中，实现设施农业中大棚种植的远程监控，为确保农作物生长环境和农作物生长质量可监控，提供了有利条件。

参考文献：

[1]李世荣，陈永智，廖惜春. 智慧农业无线传感器网络系统设计[J]. 五邑大学学报：自然科学版，2012，26（4）：72-76.

[2]张成涛，谭彧，吴刚，等. 基于ARM的农业装备共性参数测控系统[J]. 农业工程学报，2012，28（3）：177-183.

[3]徐亚峰，刘焕强，顾晓峰，等. 基于ZigBee和GPRS的远程水质监测系统的设计与实现[J]. 江苏农业科学，2013，41（3）：328-331.

[4]李静，王福豹，段渭军. 基于无线传感器网络的河流自动监测站设计[J]. 现代电子技术，2011，34（3）：134-136，140.

[5]张增林，郁晓庆. 基于无线传感器网络的土壤信息采集系统[J]. 节水灌溉，2011，10（12）：41-43，49.

[6]田辉辉，王熙. 基于CAN总线的农业温度监测系统设计[J]. 农机化研究，2013，13（6）：174-177.

[7]刘广林，汪秉文，唐旋来. 基于ZigBee無线传感器网络的农业环境监测系统设计[J]. 计算机与数字工程，2010，38（10）：57-60，71.

[8]程明传，王平，施文灶. 有害气体监测中无线传感网络节点的设计与实现[J]. 电子测量技术，2009，32（1）：154-157.

[9]冯立波，杨红兰，张新平，等. 基于LabVIEW的农田信息监测系统设计与实现[J]. 安徽农业科学，2011，39（9）：5563-5565，5569.

农业监测系统 篇4

ZigBee是实现物联网的技术, 利用ZigBee技术为用户提供准确可靠的无线数据。Zigbee是一个由可多到65000个无线模块组成的一个庞大的无线网络, 在ZigBee网络中, 每一个Zigbee彼此之间可以相互通信, 通信的距离可以无限扩展。与移动通信的GPRS不同的是, Zigbee网络功耗低, 使用方便、成本很低的双向无线通讯技术。主要用是一个灵活的组网的网络。为物联网提供了一个很好的解决方案[1]。而移动通信网的建立, 每个基站的造价在百万元人民币以上, 而每个Zigbee模块只要70人民币。每个Zigbee终端节点可以检测自己的运行情况, 还可以将环境数据进行采集。

二、系统方案

在精准农业监测网络中, 将ZigBee终端节点分布在大棚里面, 各个终端节点检测土壤的PH值, 土壤的水分浓度, 二氧化碳的浓度, 光照强度。实时监测各个大棚的环境情况, 将采集的数据发送给路由节点, 路由节点接收到数据后将终端终端节点的数据转发给协调器[2]。协调器通过GPRS将数据发送给PC机, 从而实现了无线网络的远距离控制, PC机将接收的数据保存, 可以做出简单的分析, 并且下发指令给终端节点, 作出相应的控制处理, 同时将数据也可以发送给农业专家分析, 从而提高农作物的产量。

ZigBee技术可以构建是一个低功耗系统, 实现是物联网的一种方法。ZigBee模块用CC2430芯片来实现, CC2430包含无线发送和接收和51内核[3]。所以整个ZigBee系统的协调器, 路由节点, 终端节点都采用CC2430芯片。终端节点负责数据的采集, 路由负责数据的转发。

三、系统方案

本方案设计分为终端节点、路由节点、设计协调器节点三方面的设计。路由节点负责数据的采集和转发, 终端节点负责数据的采集和系统的低功耗, 协调器节点主要包括GPRS和ZIGBEE网关, GPRS网关主要负责ZIGBEE网关和PC机的远程通信。ZIGBEE网关系统主要负责将采集的数据汇总, 然后发送给PC机。协调器在网络组建中担任的工作为:新建ZIGBEE网络, 负责终端和路由节点加入网络, 同时它也可以接收终端节点和路由器发来的命令, 并将数据向PC机发送。

串口初始化程序如下

四、系统调试及结果分析

运用Ti公司的IAR进行开发。将协调器, 路由节点, 终端节点下载上相应的程序。ZigBee系统将数据通过GPRS透传连接到PC机, PC机通过采集的的数据处理并作出分析。本系统可以稳定的运行, 硬件和软件都达到预期的效果。协调器节点、路由节点和终端节点之间通信正常, PC机能采集到稳定的数据, 并达到了预期的目的。

五、结束语

将ZIGBEE和GPRS技术用于精准农业检测控制系具有以下优点:

1) 采集控制为无线通信解决了精准农业布线不便的问题。

2) 根据需要实时地控制农作物环境, 减少了农产品的成本提高农产品的收益。

3) 采用远程智能终端监控农作物的环境, 方便管理。

摘要：精准农业是当今世界农业发展的新潮流, 是未来农业发展的必然趋势。将ZigBee和GPRS技术运用到精准农业中, 与传统的精准农业系统相比, ZigBee和GPRS监控系统具有维护方便、运行费用低、实时在线监控、无线采集和传输的特点。首先介绍了ZigBee技术及GPRS技术, 并给出了精准农业监控网络的设计。

关键词：IEEE802.154,ZigBee,精准农业

参考文献

[1]刘爱民, 封志明, 徐丽明.现代精准农业及我国精准农业的发展方向[J].中国农业报, 200 (02) :24-29.

[2]李东坡, 武志杰, 陈利军.现代农业与新型农业类型与模式特点[J].生态学杂志, 2006, 25 (6) :686-691.

农业环境监测的作用与职能分析 篇5

农业环境监测的作用与职能分析

农业环境监测是我国农业环境保护的一项基础性工作,是农业环境管理体系的重要组成部分.农业环境监测为农业环境管理服务提供科学依据和技术标准,为政府的环境管理决策提供科学依据和技术支持,对保护农业生态环境,保障人民群众的健康,实现社会的`可持续发展有重要意义.因而农业环境监测需要政府的大力支持和投入,是政府行为,具有法定性、社会性和公益性.

作 者：江振岳 余萍  作者单位：茂名市农业环境保护监测站,广东,茂名,525011 刊 名：农业环境与发展 英文刊名：AGRO-ENVIRONMENT AND DEVELOPMENT 年，卷(期)： 26(6) 分类号：X8 关键词：农业环境监测   政府行为   农业环境保护  

农业监测系统 篇6

创新农业信息获取技术，夯实农业监测预警基础

获取信息是利用信息的前提。农业信息采集就是利用多方法和多手段，获取所需农业信息的过程。我国传统的农业信息采集方法主要依靠手工填报、人工审核、逐级上报等方式进行，加上农产品数量大、生产地域广、流通轨迹多等因素，存在耗时长、投入大、成本高、效率低等突出问题，动态即时性信息获取难度更大。随着农业农村市场化进程的不断深入，传统的信息调查采集方法已不能满足农业产业发展和市场化改革对农业全产业链动态信息的需要。因此，加强农业信息获取技术研究，提高信息采集的及时性和准确性，最大限度地获取包含农产品生产、加工、消费、市场等多维度的农业全息信息，既是农业监测预警的内在要求，也是现代农业发展的重要基础支撑之一。

现代化信息技术的不断发展和进步为全面、及时、有效获取与农业相关的气象、生产、流通、市场和消费等数据，全方位扫描产业链过程提供了可能。传感器技术、移动数据采集技术、物联网技术、遥感技术等智能化数据获取技术的发展和广泛应用，推动了监测数据的海量爆发，大幅提升了农业生产过程、农产品消费过程、农产品市场流通过程相关数据采集能力，获取数据的时效性、动态性、准确性、针对性增强，数据信息实现了由“传统静态”到“智能动态”的转变。

针对不同农业信息数据的特点，其获取的渠道和方法差异较大，要研发适应不同条件的数据获取技术与设备，创新农业信息获取技术，夯实农业监测预警工作的基础。如研究适应农业生产多变化过程环境的数据设备化采集技术，研究可重组、自检测、可容错、恶劣环境适应性强的数据采集技术与设备，实现连续高密度监测，获得待测目标空间、时间和环境的动态变化信息;大力研究自然环境高适应性、生命对象高适应性与应用条件高适应性的智能化采集终端技术，解决数据的系统性、操作的简便性与价格可适应性之间的矛盾。中国农科院农业信息研究所研发的便携式农产品市场信息采集设备——“农信采”，具有简单输入、标准采集、全息信息、实时报送、即时传输、及时校验和自动更新等功能。目前已在天津、河北、湖南、福建、广东、海南等省市广泛使用，并在农业部农产品目标价格政策试点工作的价格监测中推广应用。

创新农业信息分析技术，增强农业监测预警核心能力

信息处理分析是监测预警的关键技术方向。农业信息分析就是基于现代信息技术手段，应用数据处理、模型工程、关联分析等方法，通过基础信息与即时信息、显性信息与隐性信息的揭示，对农业生产、农业市场、农业事件等研究对象作出评价、判断、推论、预测、预警的过程。

从国际发达国家农业发展的历程看，创新信息分析技术是各国在农业监测预警领域保持核心竞争力的通用做法。如美国历来高度重视研究农业信息分析模型建设，通过持续创新发展，保证了研究模型的独特性和先进性，从而主导农产品国际贸易话语权。美国农业部开发的Baseline模型，综合运用经济学、计量经济学、计算机技术等，能够分地区分产品对农产品生产、消费、贸易和价格进行预测，并覆盖率全球43个国家和地区在内的24种重要农产品;IFPRI运用GAMS软件构建的农业贸易局部均衡模拟模型，对农产品生产、消费、贸易和价格等中长期预测及政策效果进行模拟分析。

近年来，我国相关部门也建立了一些大型的农业信息分析系统。如农业部的农产品监测预警系统，国家粮食局的粮食宏观调控监测预警系统，商务部的生猪、重要生产资料和重要商品预测预警系统和新华社的全国农副产品农资价格行情系统等，在实际中均有较好的运用。要提升我国农业监测预警的核心竞争力，就需要采用当前国际先进的智能化、系统化数据分析技术，构建具有中国应用特色的农业信息智能分析系统，以实现对农业生产、市场行情、供求形势、突发事件等相关数据的处理分析，有效防范农业生产风险、市场风险等造成的危害。针对农业信息分析工作量大、影响因素多、多学科交叉等情况，需要充分运用人工智能、数学建模等先进技术，构建大型系统分析平台，实现农产品监测预警信息处理和分析的系统化、集成化和智能化，提高预警分析的效率和准确性。中国农科院信息所近年来坚持自主创新，研究开发了具有短期、中期、长期分析的大型智能复杂模型系统——中国农产品监测预警系统。该系统在机理分析过程中实现了仿真化与智能化，具有监测、模拟、展望和预警等功能，系统覆盖农产品市场主要品种，可全天候即时性开展农产品信息监测与信息分析，能够基本满足不同区域不同产品的多类型分析预警需求。

创新农业信息服务技术，拓展农业监测预警功能

信息服务已经成为现代农业与农村经济发展的重要支撑，不仅影响着现代农业建设的效率，某种程度上也左右着农业现代化的进程。农业信息服务既是监测预警过程的重点，也是监测预警工作开花结果的重要途径。但从现实情况看，信息不对称一直是影响农产品市场稳定的重要因素，信息服务技术落后、服务水平不高是其发生的重要原因之一。因此，创新农业信息服务技术，发展信息智能服务技术，大力提升信息服务的质量和水平，既是强化拓展农业监测预警功能的重要途径，也是实现农业监测预警工作服务现代农业建设目标的必然选择。

农业信息智能服务技术，是在农业信息技术的基础上，紧密围绕提高农业综合生产能力、抗风险能力和市场竞争能力，助推现代农业科学化发展和兼顾高产、优质、高效、生态、安全农业综合目标的有效技术系统，是针对农业生产经营的不同对象、不同需要，为提供个性化、精准化、智能化服务而采取的有效技术。尤其是作物品种优化布局辅助决策技术、个性化推送服务技术、多源信息协同服务技术、普适性农业信息嵌入式服务技术、农业市场信息可定制服务技术、农业发展趋势展望技术等农业信息精准服务技术的应用，对加快传统农业向现代农业转变具有重要意义。

通过农业智能信息服务技术，将海量数据自动获取、智能预警系统自动处理分析形成的包括农产品流向、流量和农产品市场深度分析报告，准确、及时地送达农业生产经营管理者，才能实现农业监测预警的目的和作用。当前，特别要针对我国农业信息服务个性化不强、精准性不足的问题，建立农业用户个性化需求分析方法，根据区域、品种、对象等用户需求特征，利用网络、短信等建立个性化、专门化信息推送服务和信息可定制服务，满足不同区域、不同用户的信息需求，从而为广大农户的生产经营决策提供及时、准确、可靠的市场信息。同时，通过建立农产品平衡表制度和农业展望制度，运用中国农产品监测预警系统（CAMES）等智能化分析技术，形成月季年度农产品供需形势展望报告，并以固定时间、固定内容、固定形式对外发布，不仅能有效引导市场预期、促进农产品市场平稳运行，更能为政府部门掌握生产、流通、消费、库存和贸易等变化、调控市场提供重要的决策支撑。

农业监测系统 篇7

在全球信息化和数字化背景下, 传统农业正在向现代农业方向转变[1]。其中, 农业环境监测系统借助高新技术的运用, 在环境因子 (如温度、湿度、光照、CO2浓度、露点和酸性降雨等) 的测量中发挥着重要作用, 得到越来越广泛的应用。王成等设计了分布式环境信息监测系统, 并研制了以单片机为核心的信息采集器[2], 但采集速度和实时性都难以保证。王谦等设计的农业环境监测系统采用了μc/os-Ⅱ系统[3], 但这种系统缺乏友好的人机交互界面, 并不能从系统的终端直接获取数据。目前, 采用无线传输已得到广泛应用, 但是在传输质量和可靠性方面与应用需求仍有一定的差距。而串口通信模式具有结构简单、价格低廉、使用方便、数据传输速率适当及可靠性较高等特点, 被广泛应用于仪器仪表、智能化传感器、集散控制、监控报警和电力数据采集等领域[4]。设计基于嵌入式系统的农业环境远程监测系统, 可提高系统的集成性、稳定性、系统性能价格比以及系统的现场可操作性, 是发展农业信息化和数字化的重要趋势。为此, 本文研究了基于嵌入式操作系统WinCE的农业环境监测系统。

1 平台系统架构及组成

基于嵌入式平台的监测系统总体结构如图1所示。

整个系统通过以ARM9为核心的开发平台和实时嵌入式操作系统WinCE来实现数据的采集与显示, 并通过串口与PC机建立连接, 接收数据, 完成数据的存储、管理以及处理等功能。

2 系统硬件平台设计

2.1 ARM9开发板硬件模块

农业环境监测系统需要长时间不间断地工作, 对系统的可靠性和实时性均有较高要求, 系统设计时必须考虑体系架构、设备功耗和软硬件稳定性等方面的因素。鉴于SAMSUNG公司S3C2410微处理器具有高性能与低功耗的特点, 主频可达203MHz, 其内部带有8通道10比特ADC和触摸屏接口全性能MMU单元, 支持WinCE和Plam OS等主流嵌入式操作系统, 故本系统采用基于ARM9 S3C2410的嵌入式微处理器, 并扩展一个64MB SDRAM和一个64MB的FLASH, 可满足实时数据采集和存储要求。外接JTAG调试端口用于启动程序的下载和调试。LCD端口接入TFT液晶显示屏用于实现数据在采集端的实时显示, 通过RJ45接口可方便地接入Internet, 以实现网络功能。

2.2 数据采集硬件模块

信息数据采集由多路传感器完成数据的采集, 经过信号的调理放大电路对信号进行滤波, 然后通过多路模拟选择开关逐个送入开发板的A/D端口进行变换, 完成数据的实时采集。传感器的设计和选购主要考虑分辨率和精度。空气湿度传感器采用PTS-2型空气湿度传感器, 具有响应速度快、体积小、线性度好和稳定的特点。数字式输出免去了调试和标定, 特别适合用于手持设备。光照度传感器采用TBQ-6型光照度传感器, 具有测量范围宽、线形度好、防水性能好、使用方便、便于安装和传输距离远等特点, 适用于各种环境复杂的场所。二氧化碳传感器采用瑞典公司提供的ES-D型传感器, 能及时准确地采集大气中的CO2含量和温度数值, 也可以通过串口接入多个数字式传感器, 直接完成数据的采集显示。

3 系统软件平台设计

3.1 平台操作系统

Windows CE.Net是专为信息设备、移动应用和消费类电子产品等领域设计开发的操作系统, 与Windows系列有较好的兼容性, 且支持WIN32 API, 便于快速开发产品, 是专为资源有限的硬件系统所设计的具有多线程、多任务、完全抢占式等特点[5]。其模块化设计能使开发者方便快捷地定制系统, 并开发应用程序。因此, 本文选用Windows CE嵌入式操作系统。

Windows CE被设计成分层结构, 从底层向上分别为硬件层、OEM层、操作系统层和应用层。这种层次性的结构视图尽量将硬件和软件、操作系统与应用系统程序隔离开, 以便实现系统的移植, 便于进行硬件、驱动程序、操作系统和应用程序等开发的人员分工合作、并行开发[6]。开发人员主要进行系统驱动程序的设计和应用程序的开发。

3.2 数据采集软件模块

数据采集程序在EVC下完成设计, 包括采样开始程序、定时采样程序和采样结束程序3个子程序。

3.2.1 采样开始程序

首先, 判断驱动程序设备句柄;然后, 判断按钮响应状态, 从而启动定时器完成采样。关键代码如下:

hFile=CreateFile (TEXT ("ADC1:") , GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, 0, NULL, OPEN_EXISTING, 0, NULL) ; //A/D驱动程序打开

if (hFile==INVALID_HANDLE_VALUE)

//判断操作对象句柄

MessageBox (_T ("ADC驱动未打开!") ) ;

key= (CButton *) GetDlgItem (IDC_SAMPLE) ;

//获取开始采样按钮指针

key->SetWindowText (_T ("开始采样") ) ;

SetTimer (1, 40, NULL) ;

//设置定时采样

3.2.2 定时采样程序

主要完成当前采集数据通道的设定、读取通道的采样数值以及数值的转化等任务。关键代码如下:

Exp=::DeviceIoControl (hFile, IOCTL_SET_ ADC_CHANNEL, &channel, 1, NULL, 0, NULL, NULL) ;

// 采集数据通道0的设定

Txp=::ReadFile (hFile, &m_AIN0, 1, &actlen, NULL) ;//读取通道0的采样数值

v0= (double) ( (m_DAIN0) /1024) *3300;

m_AIN0.Format (_T ("%f") , v0) ;

// 通道0采样数值转化成电压数值

3.2.3 采样结束程序

主要完成关闭A/D驱动、恢复驱动程序设备句柄取值以及关闭定时器等任务。关键代码入下:

CloseHandle (hFile) ;

hFile=INVALID_HANDLE_VALUE;

KillTimer (1) ;

3.3 串口通信模块

农业环境监测系统的终端采用PC机进行现场监测, 数据传输通过串口来实现。在系统设计中, 通过ARM9嵌入式平台利用Windows CE的多线程, 在进行数据采集的同时, 负责数据的远程通信。远程PC机通过串口通信完成数据接收和处理。WinCE支持绝大多数基于Windows的台式机上用于串行通信的标准函数[7], 方便了通信模块的开发。串口通信过程主要包括3个部分:一是获取通信资源, 使用CreateFile函数完成数值初始化和配置资源, 打开通信句柄和指向DCB结构的指针;二是串口的读写, 由ReadFile和WriteFile函数完成, 修改串口端口调用GetCommState来填充DCB结构, 修改必须的区域, 读写过程中超时时间由SetCommTimeouts函数设置;三是释放通信资源, 通过调用CloseHandle函数来关闭通信句柄, 最终在远程PC机中通过超级终端实现数据的获取。

4 数据采集通信模拟实验

S3C2410提供了一个8通道的ADC, 该开发板选用了ADC的5号和7号通道用于实现液晶屏的触摸功能。其中, ADC的1号、2号和3号通道用于数据的采集通道, 将其分别接到电位器Q1, Q2和Q3上, 通过旋转这3个电位器改变3个通道的输入电压, S3C2410就可以采集和显示所输入的电压值, 实现了数据采集模拟实验, 并验证了基于WINCE嵌入式农业环境监测系统中数据采集和通信的可靠性, 为后期传感器安装和使用提供了一个稳定可靠的平台。其中, S3C2410中ADC模块接口电路原理如图2所示, 数据实时采集界面如图3所示, PC机串口数据获取界面如图4所示。

5 结语

本文研究了农业环境监测系统软硬件设计方法, 完成了数据采集微处理器和多路传感器的选择, 以及A/D数据采集程序和串口通信程序的实现, 提供了基于串口的数据传输方案, 实现了ARM9开发平台与PC机的实时通信, 完成了监测系统数据采集及通信方面的研究工作。下一步将用VC++ 6.0完善PC机中系统界面设计, 通过MSComm控件完成数据接收、处理及动态曲线实时绘制, 用于及时分析数据对农业环境的影响。由于农业环境对象复杂和多样化的要求, 数据传输也可考虑多样化的方案, 更好地满足农业对象环境监测的需要。例如, 通过以太网在远程终端PC机上获取实时数据采集信息以及GPRS短信功能实时数据的获取, 或者通过SD卡完成数据的存储。

摘要：提出了农业环境远程监测系统方案, 详细阐述了数据采集模块与串行通信模块的设计方法, 建立了由多路传感器采集的数据通过ARM9嵌入式开发平台进行显示, 并由串口完成嵌入式平台与PC机的数据通信环境监测系统。实验表明, 数据采集及通信工作性能良好, 具有很强的通用性。

关键词：农业环境,嵌入式系统,WinCE.NET,监测系统

参考文献

[1]李秀红.嵌人式系统在基于WEB的农业信息获取技术中的应用探讨[J].农业网络息, 2005 (12) :34.37.

[2]王成, 乔晓军.分布式温室环境信息监测系统[J].自动化技术与应用, 2005, 24 (1) :54.56.

[3]王谦, 孙忠富.基于嵌人式系统的农业环境监测系统的设计[J].微计算机信息, 2006 (22) :38.39.

[4]王风云, 朱建华.设施农业环境监控网络扩展[J].农业工程学报, 2005, 21 (11) :168.170.

[5]林涛.嵌入式操作系统Windows CE的研究[J].微计算机信息, 2006, 22 (6) :91.93.

[6]张东泉.Windows CE实用开发技术[M].北京:电子工业出版社, 2006.

农业监测系统 篇8

如图1所示, 无线传感网络由一个管理节点网关manager和若干个子节点组成, 可形成mesh网络结构。子节点将收集的农作物生长参数信息, 比如温湿度、光照、二氧化碳浓度等, 以无线的方式, 汇聚到网关manager。本网关带有以太网口, 可直接通过网线和3G路由器相连。然后3G路由器, 通过其上的3G网卡, 将数据通过互联网传递到远端的监控中心。监控中心上运行有相应的接收程序, 能够将传感器网络的数据存入数据库, 以供显示查询。监控中心上的程序, 同时还能对数据进行分析, 并显示预警提示, 做出自动化控制。控制命令通过互联网、3G路由器, 搜寻到网关manager, 然后由网关manager控制相应子节点的行为, 比如开启阀门实现自动浇水。下面分别介绍这三部分的结构。

2、无线传感网络

2.1 传感网络功能结构

本系统中的无线传感网络子节点, 采用Dust Networks公司提供的M2510无线模块, 网关manager采用M2511无线模块。该模块组成的无线传感网络, 具有稳定性好、可靠度高、功耗低、可休眠等优点。子节点上可扩展外接温湿度、光照等等各种传感器。该无线模块需配合外接单片机使用, 单片机对传感器数据进行处理后, 由无线模块, 经过直连或者多跳的方式, 将数据传递到网关manager。

如图2所示, 传感器节点上带有的光照、湿度、温度等传感器, 能够实时的采集农作物生长的环境信息, 并通过无线传感网络, 将数据汇聚于网关节点。同时传感器节点上还连接有控制电灯和浇水的电磁阀, 当节点接收到来自监控中心的控制命令时, 能自动调节电磁阀, 控制光照和湿度。

2.2 传感网络拓扑结构

如图3所示, 该模块组成的传感器网络, 每个节点都有两个及两个以上的父节点;该结构很好的保证了网络的稳健性和可靠性。当上级节点停止工作时, 下级节点能自动搜寻并连接新的节点形成新的拓扑结构。通过网关manager的配置页面, 可以查询网络的拓扑结构和节点状态, 并对网络参数进行配置管理。

3、3G路由器

本系统中的网关manager, 带有以太网输出接口, 能直接以太网连接本地电脑, 实现传感网络数据的查询和管理。但是考虑到实际应用情况, 在偏远农田地区, 没有完善的网络设施, 管理人员也不可能长期坚守在田地里。因此, 本系统提出了基于3G路由器的远程监控管理方案。

3.1 网关和路由器的连接

目前3G路由器以其网络无处不在, 深受广大用户欢迎。本系统采用的为TP-LINK公司提供的TL-WR843N 3G路由器, 其上有1个WAN口, 4个LAN口, 同时还可以作为WIFI热点 (本系统中暂时不考虑wifi功能) 。插上3G上网卡之后, 直接用网线连接路由器的LAN口和电脑的RJ45接口, 电脑便能实现3G上网。

3.2 路由器的配置

在本系统中, 用网线直接连接网关manager的RJ45接口和路由器的LAN接口, 路由器的默认IP地址为192.168.1.1, 在网关manager的配置页面中, 设置静态IP:192.168.1.103, 设置默认网关IP:192.168.1.1。由于网关manager是位于路由器下的局域网内, 局域网对外有一个统一的IP, 即运营商为3G路由器分配的IP。而局域网内的主机, 则获取的是由路由器分配的内网IP, 均以192.168.X.X开头。因此, 互联网用户无法直接通过网关manager的IP来找到网关。在这里, 我们在路由器的配置“转发规则”中, 设置相应的端口映射, 即将远程监控中心访问网关manager的程序, 能通过访问路由器直接映射到网关manager上。这样, 就实现了网关manager的远程访问。

4、远程监控中心

在本系统中, 由于网关manager的特殊结构, 需要由远程的监控中心去主动连接manager。类似于manager作为一台位于局域网的虚拟服务器, 而远程监控中心是客户端, 由客户端主动向服务器发起连接;当服务器响应后, 两者之间即建立了稳定的连接。

远程监控中心运行有客户端程序, 通过以特定的端口申请连接3G路由器, 而路由器上设置有端口映射。这样, 客户端程序就找到了位于局域网内的网关manager。两者连接过程如图6所示。两者建立连接后, 网关将收集到的传感器数据, 转发给远程监控中心。监控中心运行有接收程序, 能够将网关转发过来的数据存入数据库, 以供显示查询。同时, 监控中心的管理程序, 对数据进行分析, 若有数据超过警戒值, 则会触发相应的控制命令。比如, 当土壤湿度过低时, 则会触发浇水命令, 网关manager收到命令后, 转发给相应的节点, 然后由节点启动电磁阀, 实现自动浇水。如图7所示。

5、结语

本系统搭建了一套偏远地区农业墒情的远程监控系统, 借助于运营商的3G网络, 实现了农作物生长的环境参数的自动化管理。本系统对农业的自动化管理有着重要的实际应用意义。除了目前已实现的光照、温湿度等控制, 本系统还在进一步研究拍照、视频等监控, 来预防和管理病虫害的发生。由于图片和视频对数据率要求较高, 这也是为什么本系统采用带有以太网接口的网关的原因。同时, 3G网络也能很好的满足对图像视频传输的需求。

摘要：本系统旨在实现偏远地区的农业生长无人化管理。本系统由3部分组成, 带有网关的无线传感网络、3G路由器和远端监控中心。由于偏远地区网络基础设施落后, 无线传感网络收集的农作物生长的环境参数, 不方便以有线网络的方式传输到监控中心。于是本系统采取了3G远程监控的方式, 借助运营商的3G网络, 实现无线传感网络和远程监控中心的双向通信。

关键词：3G,无线传感网,远程监控

参考文献

[1]韩华锋, 杜克明.基于ZigBee网络的温室环境远程监控系统设计与应用.农业工程学报, 2009, 25 (7) .

[2]周国祥, 周俊.基于GSM的数字农业远程监控系统研究与应用.农业工程学报, 2005, 21 (6) .

农业监测系统 篇9

1 总体设计

1.1 系统总体框架

基于Web的设施农业气象实时监测预警系统采用了3层结构框架,包括数据库服务器、应用服务器和客户端,提供给用户实时监测温室中气象数据的平台,如图1所示。系统提供了实时数据查看、历史数据查询、K线图显示、气象预警信息、温室气象预报、应用示范介绍、手机短信提示、实时图片显示等功能。温室的监测设备将各种传感器采集上来的数据经过无线网络GPRS专网传输到数据库中,应用服务器连接数据库服务器,再将数据显示给用户。

1.2 数据流向

各种要素的传感器采集到的数据传输到采集器上,通过GPRS网络无线发送到数据服务器上,并直接存储到SQL Server 2000的数据库中,应用服务器将数据库中的数据进行分析处理实时显示给用户,系统的数据流向框图如图2所示。

1.3 体系结构与技术支持

系统在体系结构上采用B/S(Browser/Server)模式,系统服务器端则采用C/S(Client/Server)模式,完成实时数据的采集、处理、存储等工作,通过网络服务器再将信息发布到各客户端。平台选择Windows平台,数据库选择Microsoft SQL Server,采用了OLE DB和JDBC设计,开发工具采用了支持C/S的VB.net和支持B/S结构的ASP。

2 系统功能模块

系统采用B/S结构,支持多用户并发访问。系统主要分为以下几个模块。

2.1 实时数据显示

具有单要素多测点、单测点多要素显示功能,在Flash图表上显示实时观测资料;可以对同一观测要素不同测点的实时数据进行比较,也可查看当天某一要素观测数据的走势情况,可以为决策部门实时决策提供科学依据。

2.2 历史资料查询

查看各测站的各种气象要素的观测信息,查询过去某一时间段的某一观测要素的走势情况;具有数据汇总、分类查询的功能;以K线图形式显示数据的小时、日、月的最大值、最小值、平均值等统计信息。

2.3 预报资料显示

主要分为以下部分:一是利用已有的长序列的温室内外的观测资料建立预报模型,利用该模型对温室内的气象条件进行预报;二是针对即将发生的极端气象事件,发布温室气象预警信息;三是将每天利用手机短信的形式发送的温馨提示,通过Web方式服务更多的农民用户。

2.4 监测图片显示

通过查看实时拍摄的温室内作物的监测图片,使农业技术人员和温室的管理人员随时掌握温室内的作物长势信息,远程诊断作物病因,提高工作效率、减少经济损失。

3 系统关键技术

3.1 实时数据库技术

实时数据库负责整个系统实时数据的搜集、处理、存储,负责历史数据统计分析、报警管理、数据分析等需求。温室内传感器采集到的数据存储到采集器上,采集器通过GPRS无线网络将数据传输到数据服务器中,应用服务器与数据库服务器之间进行通讯,经过处理分析后通过网络将实时监测数据、数据处理结果显示给用户,因而实时数据库为监控系统提供基础数据和基础信息保证,其准确性、快速性直接影响到了整个温室气象实时监测、预警系统的功能。

3.2 基于Fushion Chart控件的Flash动画显示技术

本系统的数据显示部分采用Fushion Chart控件技术,显示以Flash动画的形式显示实时数据、历史数据、K线图。编写asp代码并结合Fusion chart控件实现了动态Web交互功能,解决了数据在浏览器中的实时刷新和动态描绘问题,人机界面更加友好,数据显示更加形象直观。

3.3 利用ADO访问数据库,动态化Flash图表

利用ADO技术,将数据库的数据动态的添加到Fushion Chart控件的数据源中,实现了Flash动画和数据库之间的动态交互功能。

4 系统应用及其特点

4.1 应用情况

本系统已经在天津的5个区县的温室内建立自动观测点,实时采集气象信息,通过该平台发布温室农业气象预报、气象预警信息、灾害气象评估信息、实时观测资料显示。为政府决策者、温室管理者提供第一手的温室农业气象资料。在设施农业气象的防灾减灾服务中,服务效果显著。

4.2 系统特点

一是集成性。通过网络可全面管理各区县温室大棚中的温度、湿度、地温等要素的监测信息和温室内的气象预警信息,集成显示给温室管理者,便于正确决策和安全生产管理。二是分布式。采用TCP/IP协议,通过Web的方式不再受地域限制,通过GPRS网络较好地解决了远程数据通信的问题,数据传输和多路通信的传输得到了统一。三是易用性。采用Web方式大大提高系统可用性、易用性,用户可以从网络方面获取共享监控信息,系统操作简单,方便管理者决策和管理温室大棚。四是预警性。实时监控温室的气象条件,利用天气预报对温室内温度进行气象预警,提前预防温室地温、室外大风等气象灾害的发生,通过网络大大方便温室管理者对温室气象要素的实时监测值、气象预警信息的获取,为温室的科学管理、降低气象灾害发生率提供更先进可靠的技术保障。

5 结语

本系统通过在设施农业的温室大棚气象实时监测、预警中应用,验证了系统稳定可靠、操作方便、准确及时,节省了大量的人力物力财力,使农业技术人员和温室管理人员有效地对温室大棚中的气象要素进行监测,并实时发布预警信息为温室管理提供了科学依据和降低气象灾害的发生,对温室气象预警有良好的应用前景。同时,系统充分利用数据库海量数据,进行分析、提取信息,为决策打下基础,为进一步的温室农业气象条件分析、扩大为农服务形式提供思路。

参考文献

[1]罗克勇,许立新.设施农业环境智能监控管理系统研制与应用[J].江苏农业科学,2004(6):171-173.

[2]杨培林,郭晶,马振明.国内外设施农业的现状及发展态势[J].农机化研究,2003,1(1):30-31.

[3]汪懋华.实现现代集约持续农业的工程科学技术[J].农业工程学报,1998,14(3):1-9.

[4]滕光辉.实现设施农业环境调控自动化的一种新方案[M]∥申茂向.发展中的中国工厂化农业.北京:北京出版社,2000:286-291.

[5]杨悦欣.基于B/S结构的设施农业信息平台的研究[J].安徽农业科学,2005,33(5):872-873.

[6]李研强,李杨,成巍,等.基于Web的煤矿安全实时监测系统[J].山东科学,2007,20(2):59-63.

农业监测系统 篇10

进入新世纪以来, 我国农业进入发展新阶段, 农业生产与农村经济结构调整优化, 农业生产由数量型向质量型发展, 农业增长方式由粗放型经营向集约型经营转变。面对农业结构调整、增加农民收入, 有效地解决产量与品质、增产与增收矛盾, 提高农业效益和增强国际竞争力等已十分迫切。因此, 加速农业科技创新步伐, 推动科技成果快速转化和产业化进程, 满足新阶段农业及农村经济发展对科技的需求, 温室大棚真是基于这一历史发展背景应运而生。近年来, 农业温室基础设施发展迅速, 但是在智能预警、监控方面仍存在着不足。

温室监控可以通过传感器节点构成监控网络, 采集诸如温度、空气湿度、光照度、土壤湿度、p H值、氮磷钾营养值等信息, 通过人工或自动调节使大棚环境适合农作物良好生长, 达到大棚的高效高质产出。

1 物联网与J2EE概述

1.1 物联网技术

物联网是将所有现实物体通过RFID、无线通信等与互联网连接起来, 实现智能化的识别和管理。物联网应用的技术是建立在嵌入式系统技术以及互联网技术的基础上的, 因此, 物联网就是通过各种传感技术、通讯手段, 将任何物体与互联网相连接, 以实现远程监视、自动报警、控制、诊断和维护, 进而实现“管理、控制、营运”一体化的一种网络, 达到真正的智能状态。

1.2 J2EE技术

J2EE是一种利用Java 2平台来简化应用解决方案的开发、部署和管理相关的复杂问题的体系结构。J2EE体系结构提供中间层集成框架用来满足无需太多费用而又需要高可用性、高可靠性以及可扩展性的应用的需求。本系统主要利用J2EE技术实现系统的软件系统部分, 通过对传感器数据进行建模并自动分析、处理达到智能监测、预警的目的。

2 系统设计

2.1 系统模块设计

在农业大棚基础建设已完成的基本情况下, 给该基础建设添加物联网监测、控制、预警、云平台、J2EE服务器等子系统, 以达到农业大棚的智能监测、智能控制、智能预警、云平台扩展等建设目标。

2.1.1 智能监测

在智能监测部分, 一是将各种传感器监测的空气温湿度值、土壤温湿度等经Zigbee网关通过3G网络传送到J2EE服务器;二是通过摄像头对大棚进行24小时监控, 并把视频资料存储到本地, 也可以直接通过3G网络调用监控视频查看现场情况;三是通过照相机周期性的对大棚现场进行拍照, 照片压缩后通过3G网络传输到服务器;在服务器接收到大棚各种仪器设备传来的数据后, 进行存储及处理;服务器采用J2EE技术建立模型为各种传感器数据提供原始数据查询、趋势图报表查询基本功能, 为视频提供按需查看、现场视频查看、历史视频查看功能, 为图像数提供原始图片查看功能并且可以通过计算机、平板电脑、智能手机等访问服务器。

2.1.2 智能控制

在智能控制部分, 主要是通过各种可编程电机控制大棚的遮阳帘、侧壁卷帘、PVC喷水管、滴灌头以达到大棚空气温湿度、土壤温湿度、二氧化碳浓度的控制。

2.1.3 智能预警

在智能预警部分, 软件系统通过设定一个定时器来监测管理人员预先设定的预警规则, 一旦当系统数据库的传感器数据达到报警的条件, 系统将通过与系统连接的工业手机自动发送短信到报警规则相应的责任人, 责任人即可用PC或智能终端通过监测系统查看温室大棚内的实时情况并采取相应的措施。

2.1.4 云平台

在云平台部分, 基础设施采用J2EE服务器资源池、数据库资源池搭建, 采用应用程序和数据隔离原则搭建SAAS平台;当有新的农业大棚加入时, 通过应用程序模板、数据库模板, 创建农业大棚应用程序和数据库实例, 使之能有效扩展, 降低成本。

系统模块设计图如图1所示。

2.2 J2EE软件功能设计

系统的软件功能主要设定两类用户:普通工作人员和系统管理人员, 两类工作人员都可以通过PC端和IOS、安卓手持设备访问系统, 其功能结构图如图2所示。

2.2.1 普通工作人员

普通工作人员包括以下功能:1) 传感器数据查看:查看各传感器是否正常工作并按预先设定记录数据、实时数据有无出现异常情况。2) 视频查看:在接到系统预警信息或者平时能通过系统查看当前摄像头视频并能拉近或转动摄像头以达到观察整个大棚的实时情况;随时查看历史视频记录。3) 图片查看:通过选择时间段查看照相系统记录的大棚照片。4) 可编程电机操作:设定或修改电机参数达到改变大棚温度、湿度、光照等环境因素。5) 数据报表查看:查看一定时间段内某个或某几个传感器数据的变化趋势, 以达到分析研究的目的。

2.2.2 系统管理人员

系统管理人员包括以下功能:1) 个人信息管理:添加、删除、修改工作人员账户以及其联系方式。2) 预警规则管理:制定、修改、删除预警规则、设定预警规则对应的相关责任人。3) 设备信息管理:修改设备在系统中对应的编号、名称。4) 模块权限管理:给相关工作人员设定系统的可访问页面权限。

3 结束语

本文主要介绍了基于物联网、J2EE技术的农业大棚预警监测系统的设计方案, 系统通过传感器、视频、照相系统对温室大棚内的环境因子进行监测, 采集的数据通过Zigbee网络和3G网络传送给J2EE服务器并经过服务器处理达到自动预警和智能调节的目的, 使得大棚的产出更加地高效。本系统作为物联网的智能应用, 亦可以为其他物联网的应用提供一定的参考。

参考文献

[1]孙其博, 刘杰, 等.物联网:概念、架构与关键技术研究综述[J].北京邮电大学学报, 2010.

[2]孙利民, 李建中.无线传感器网络[M].北京:清华大学出版社, 2005.

[3]朱晓荣, 孙君, 齐丽娜, 等.物联网[M].人民邮电出版社, 2010.

[4]沈苏彬, 范曲立, 宗平, 等.物联网的体系结构与相关技术研究[J].南京邮电大学学报, 2009.