智慧农业控制系统的研究与设计

(辽宁科技大学 辽宁 鞍山 114051)

一、引言

(一)背景。我国拥有广阔的耕地面积，但耕种方式主要为传统农耕，这种耕种方式的浇水施肥全凭经验，而且还看天气。不仅占用大量的劳动力，也容易导致土壤附着性低，既破坏了土壤，又对土地的发展造成很大的影响。因此，智慧农业是势在必行的趋势。

(二)我国农业发展现状。现如今，我国农业的的发展还存在许多问题。1.农户个体户多，生产分散，农业发展滞后；2.农产品价格不透明；3.农产品缺少分级，价格差异化不明显；4.流通损耗大，物流成本高；5.新技术应用推广难。

二、智慧农业

智慧农业采用三种技术，即物联网技术、多方面传感器和人工智能乡结合，与此同时，传统的农业生产，使传统农业更有精准预测、与多方位管控的新式思维。物联网、云计算等技术，能够去除农业市场的时间空间以及地理约束，可以将植物的数据传递出去，也可以实时监控，把信息不对等问题解决了，同时也使资源得到了节约，效率得到提高。

提供科技型的全方位信息服务；实现精准定位，既节约资源也保证了产品质量；提高效率的同时也提升同行业的竞争力。

三、方案设计

把基于物联网和人工智能的智慧农业控制系统硬件子系统与人机交互系统按各子系统进行分工，在Windows操作系统中，我们可以使用C#.Net来进行编程。该系统的开发包括各子系统的硬件数据采集设备调试、基于关键词与语义理解的人性化语音设计、虹膜识别设计、传感信息采集数据与用户使用习惯等数据分析的系统数据库开发设计以及最终建立的基于物联网与人工智能的智慧农业控制系统。为支持后续开发及具有更好的可扩展性，系统中预留了RS232、TCP/IP与UDP等多种常用的通讯接口。整合后的基于物联网与人工智能的智慧农业控制系统可实现多线程控制，实现智能语音交互、人脸识别与智慧农业系统的自然人性化控制与智能化控制，搭建的数据库可供后续研究的大数据分析使用。

(一)系统功能描述

智慧农业控制系统

1.物联网感知层。应用于温室大棚的光照及温湿度监测装置、土地含水量监测和二氧化碳监测器具等，对室内的各种环境参数进行实时监测并作出记录，保证环境中植被能够在良好进行生长发育。

2.物联网传输层。利用ZigBee网关采集大棚内的数据，包括空气及土壤温湿度和对植被光照程度，以及利用摄像装置收集图像及视频，将这些数据通过无线转变为信号发送给交换机，再以此将数据发送至局域网终端，实现信息汇总上传。

3.物联网智能处理层。将信息进行汇总交互，获取全方位的信息及数据，对所在环境的作物进行管理指导养护。通过对大棚内作物的长势和病虫害等相关图像分析，实现对作物的长势预测和病虫害监测和预警功能。

四、系统网络拓扑

五、各子系统设计

(一)感知层。1.无线传感网络:由部署在大棚内的声、光、温湿度、图像监控节点组成，通过无线通信方式形成一个自主多点的网络系统；2.视频监控:将摄像头检测到的图像信息使用WIFI进行传输；3.设备供电:采用太阳能设备为供电系统供电。

(二)传输层。1.网关:采用3G无线设备，将输出信号转化为3G模式进行传输；2.路由器、交换机:3G无线路径器、交换机，用于上传至网络的数据；3.供电设备:采用中国民用交流标准电压电源供电。

(三)网络层。1.终端服务器：采用电脑作为服务器终端；2.云服务平台：采用云服务器，处理和保存大量的信息；3.监控中心：采用广角全方位监控来监视室内的数据；4.供电方式：采用中国民用交流标准电压的直流电源供电。

(四)应用层。1.电脑终端：采用台式或便携式计算机作为终端；2.手机终端：采用智能手机作为终端，对采集的信息进行处理；3.供电方式：采用中国民用交流标准电压的直流电源供电。

六、总结

本文通过对我国农业发展现状的分析，利用该技术，融合多传感器，实现了对大棚内环境参数的数据采集。用户可以通过手机，pad或者电脑来实时监测，也可以根据需求安排，及时修改所需环境，实现通过上位机控制大棚内参数的目的，以促进作物更好的生长。