基于物联网的农田环境信息采集系统与预警系统

摘要：21世纪是信息化的时代，在这一时代科学技术得以飞速发展，因此科学技术被应用到各个行业的发展当中，进而加快了我国社会主义现代化的发展步伐。因此，为了提高农民自主抗风险能力，我们可以将信息技术当中的信息采集系统与预警系统应用到农田发展建设当中，以此来促进农产品的生长以及培育工作，其次还可以实现农田的自动化灌溉技术，进而规避农业生产中的风险，在一定程度上降低我国农业生产的损失，从而提高农业生产质量，以此来加快我国农业建设的发展，因此对其进行研究，具有非常重要的现实意义。

关键词：物联网  农田环境  信息采集控制  预警系统

引言

将物联网技术运用在农业发展的过程当中，可以利用其信息感知设备对农作物的生长状况进行实时的反馈，从而实现农作物和互联网之间的信息交换、信息传输以及信息处理的工作，以此来对农作物的生长状况进行全程的跟踪与管理，进而实现农业管理的一体化发展。

一、农田环境信息采集控制与预警系统设计

在农田环境中我们需要以物联网为基础，从而设计出一套农田环境信息采集控制与预警系统。其系统的工作原理是需要将传感器放在不同的区域当中，以此来对不同区域的水分、光照以及温度、湿度等进行监测与管理，以此来调整出适合农作物生长的环境，进而提升农作物的抗灾能力以及保证农作物的生产量。

（一）系统硬件设计

农田环境信息采集控制与预警的硬件系统包括网络模块、控制采集模块以及电源这三部分。其中农田环境信息包含环境湿度信息、风速信息、土壤水分信息、光照度信息等多种信息构成，其中这些信息所对应的模块分别为数字温湿度传感器模块、数字风速风传感器模块、数字土壤湿度传感器模块、光强度检测模块。此外、本文主要选用Arduino信号开放板以此来对整个系统进行控制，因其开放板要更加的节能降耗，因此可以充分的解决农田种植过程当中的供电困难问题。其次，该开放板在正常插接的情况下，功能十分强大，除此之外其运行电源强大可以有效的解决系统中传感器的供电问题，进而有效的节约了其设备运行成本。

其次农田环境信息采集控制与预警的网络模块是由由 Arduino Ethernet W5100 和 TP-LINKTL-WR720N、EC122组成的。对网络模块进行安装需要以下两个步骤：首先，需要将路由器格式化，然后再开启路由器当中DHCP的服务模式，其次，还需要在路由器程序当中设置IP地址，以此来保证其软件能够正常运行。第二，我们需要在Arduino上安装W2100软件，并对其软件进行初始化操作，其次还需要将该地区的物理地质数据设置在其软件之上，当其程序运行时，通过控制Yeelink平台来接收环境信息。其次，农田环境信息采集控制与预警的硬件系统的控制核心是ArduinoUNO R3程序，该程序主要采用的是AT-mega328微处理器。通过该处理器能够对所有的监控数据进行动态化处理，并且还可以将监控到的信息及时传递给农业管理人员。除此之外，电源的组成主要有两部分别为：9伏干电池以及移动电源。其中，9伏干电池主要用来为网络模块、开发板以及传感器供电;移动电源用来为路由器提供电力。

（二）关于系统软件设计

根据相关研究表明，其上位机软件主要运用Lab view软件程序和Yeelink平台来在串口上传数据以及网络发布工作，其次，系统下机软件是由数据传送子程序、信号采集子程序、主程序、初始化程序组成的。

二、农田环境信息采集控制与预警系统的功能

我们需要将其系统中的传感器节点设置在检测区域之内，以此来形成物联网的基本单元，保证传感器各个节点之间能够相互交流、通信以，此来将相邻的两个节点形成簇，簇首节点通常是来对传感节点所收集的信息进行处理融合，然后对其进行压缩，以此来将压缩好的数据传送到各个汇聚节点。由此可以看出汇聚节点主要功能是承担任务管理和传感器之间通讯和交流。除此之外，WSN数据与质量管理的中心便是任务管理节点，农业管理人员主要依靠传感器网络和任务节点配置以此来对农作物种植环境进行信息检测和收集工作。其次，为了对各个传感器节点位置进行监测，我们可以通过节点的自身定位算法或者是GPS定位技术以此来获取其位置，根据任务管理节点所发出的信息收集质量，并将采集的信息指令传送给各个簇首节点，由簇首节点对信息进行处理，以此来将信息传递给不同的汇聚节点。此后，汇聚节点会对信息进行接受处理工作，从而再利用通信卫星或者是互联网络将信息传递给相应的管理节点。

三、农田环境信息采集控制与预警系统工作流程

首先，农业管理人员需要运用任务管理节点以此来对互联网系统发布环境信息查询指令，然后运用互联网信息将所下达的指令传递到各个汇聚节点上。第二，当汇聚节点收集到所下发指令时，会对其对应的簇首下发命令，当簇首接到命令之后，会激活簇内节点从而对农业管理人员所下达的命令进行信息收集。当节点将信息收集好之后，会对所收集的信息进行筛选以及整理工作，然后节点会将整理好的信息传递给簇首节点，由簇首节点对该信息进行融合以及壓缩，并最后将数据传递给汇聚节点。

第三，汇聚节点会对簇首节点所传来的数据进行再次的分析和整理，从而由外部网络将信息发送给任务节点，并由此来将最终的信息反馈到农业管理人员那里。

四、农田环境信息采集控制与预警系统节点定位控制

对于系统中的节点的定位与控制工作是农田环境信息采集控制与预警系统的重要环节。一旦节点设置错误，就会导致信息收集预警工作无法正常进行，从而导致整个物联网系统瘫痪，进而无法发挥其在农田种植当中的重要作用。因此，为了避免这种状况的发生，我们在对互联网节点进行定位时可以采用节点的自身定位算法或者GPS定位技术，以此来获取节点的正确位置，进而确保节点位置的准确性。其中节点的自身算法指的是利用距离估算法，以此来对传感网络中的每一个新表节点复杂的信息进行估算，以此来获取位置节点的正确方位。GPS定位技术获取节点技术，这种技术具有非常好的抗干扰能力并且其准确率要比节点的自身算法准确率高，但是由于其运行成本较高，并且对节的要求非常严格，因此这种技术只适用于大型、高成本的自动化传感器网络系统当中。

五、结论

综上所述，将物联网技术运用在农田环境当中，可以实现农田环境管理与检测的智能化、一体化、信息化与自动化，以此来实现农田环境信息采集控制系统与预警系统的应用和管理，运用此系统可以有效的提高农作物的抗灾能力，进而保证农作物的产量，本文通过对农田系统设计、系统功能以及系统工作流程等对其进行详细的分析，以此来保证其系统运行时的高效性和准确性。

参考文献

[1]薛文龙.基于物联网的农田环境信息采集控制与预警系统[J].江苏农业科学，2017，9：195-198.

[2]章铁军，宫彬彬，刘永泉.基于物联网的设施蔬菜环境远程监控系统的设计及应用[J].河北农业大学学报，2016，1：119-125.

[3]廖懿华，张铁民，兰玉彬.农田信息采集用多旋翼无人机姿态稳定控制系统设计与试验[J].农业工程学报，2017，3：88-98.

[4]郭家，马新明，郭伟，等.基于ZigBee网络的农田信息采集系统设计[J].农机化研究，2013，35（1I）：65—70.

[5]王明磊，杨建青，李红岭，等.大麦田间视频采集与无线传输系统设计[J].中国农业大学学报，2015，20（5）：256—261.

作者简介

杜朝，1977年9月，汉族，男，山西运城人，本科学历，硕士学位，单位：山西运城农业职业技术学院，职称：讲师，研究方向：物联网、嵌入式系统应用。