1、課程設計報告（物聯網技術與應用）學院：電氣工程與自動化學院題目：基于物聯網的智能農業系統設計專業班級：自動化131班學號：2420132905學生姓名：學亞敏指導老師：韓樹人時間：2016年4月30日摘要由于現代農業管理中農田的種植范圍大、監控點設置多、布線復雜等，為此我們基于物聯網技術對于當前的農業管理系統進行優化，研究開發了基于物聯網技術的職能農業系統，并能夠實現對管理區域內的農作物的土壤、環境、災情預報、灌溉控制、溫度控制在內的多項職能化的農業管理系統。關鍵詞：農業系統；物聯網；系統設計摘要2第1章物聯網技術的研究現狀和發展情景11.1 研究現狀11.2 發展趨勢2第2章智能農業概述3第

2、3章系統的需求分析4第4章系統的組成5第5章系統的開發平臺設計65.1 無線傳輸協議選擇65.2 硬件節點平臺65.3 系統的軟件設計7第6章系統調試8第7章心得體會9參考文獻11江西理工大學2013級自動化專業項目驅動設計報告第1章物聯網技術的研究現狀和發展情景1.1 研究現狀M2Mfc術、傳感網技術及射頻識別（RFID）技術、網絡通信技術是物聯網的關鍵技術。（一）M2MK術。M2MK術通過實現機器與機器、人與人、人與機器之間的通信，與操作者共享了使機器設備、應用處理過程與后天信息系統提供的信息。M2般術提供了傳輸數據的優良手段，使設備能夠實時地在系統之間、遠程設備之間、或個人之間建立無線連

3、接成為可能。（二）傳感網技術。大規模無線傳感網絡技術、傳感器及其智能處理技術的結合便是傳感網技術。由于是一種檢測裝置，傳感器能夠感受到被測量的信息，并能將檢測到的信息，按一定變換規律變換成電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的存儲、傳輸、顯示、記錄、處理等要求。實現自動控制與自動檢測的首要環節是傳感器，在實際應用中，傳感器相當于人的“感覺器官。”新型技術的低能耗、小型化、可移動、低成本有點可以滿足物聯網的“物-物”相聯需要，無線傳感網能夠在滿足上述需要的前提下，提供具有自動修復功能和自動組網的網狀網絡，使無線網絡具有初步的智慧功能。伴隨著新技術革命的到來，全球已進入全新的信息化時代。在實

4、際應用時，首先應解決的是如何獲取準確可信的信息的問題，而在利用信息的過程中，傳感器具有非常突出的地位，這是由于傳感器是獲取生產和自然領域中信息的手段和主要途徑。（三）射頻識別（RFID）技術。通常，當特定的信息讀寫器通過帶有電子標簽的物品時，讀寫器激活標簽，并向讀寫器及信息處理系統傳送標簽中的信息，從而完成信息的自動采集工作。一個典型的RFID系統是由讀寫器、RFID電子標簽及信息處理系統組成的。信息處理系統根據需求承擔相應的信息處理及控制工作。由于每個RFID標簽都有一個唯一的識別碼，如果它的數據格式有很多是互不兼容的，在閉環情況下，對企業的影響不是很大。（四）網絡通信技術。物聯網數據是通過

5、傳感器的網絡通信技術來提供傳送江西理工大學2013級自動化專業項目驅動設計報告通道的。目前，物聯網研究的重點是如何在現有網絡上進行增強，適應物聯網業務需求。網絡通信技術可以分為兩類：廣域網絡通信技術及近距離通信技術。在廣域網絡通信上，衛星通信技術、2G/3G移動通信技術等實現了信息的遠程傳輸，可以為每個傳感器分配IP地址創造可能性，也可以為傳感器的發展創造良好的基礎網絡條件。在近距離通信方面，802.15.4規范是IEEE制定的用于低速近距離通信的媒體介入控制層和物理層規范，以IEEE802.15.4為代表的近距離通信技術是目前的主流技術，工作在工業科學醫療頻段，免許可證的2.4GhzISM頻

6、段全世界均可使用。1.2 發展趨勢物聯網前景非常廣闊，它將極大地改變我們目前的生活方式。首先，物聯網的應用可以提高經濟效益，節約成本；其次，物聯網的發展可以帶動很多相關行業的發展，可以為全球經濟的可持續提供動力；還有，物聯網的應用可以大大方使我們的生活。在物聯網的世界里，每個物體都具有了一定的智能，可以自動完成一些以往需要人類干預才能完成的事情。物聯網雖好，但是要建立一個真正高效實用的物聯網，有兩個因素必不可少。首先是規模性，就是說接入網絡的物體必須達到一定的規模，只有具備了規模，智能作用才能真正發揮出來。例如，某個城市的道路上有上百萬輛汽車，如果我們只把其中的一萬輛汽車接入到網絡中，就不能對

7、整個城市的交通有全面的了解，也不可能建立一個智能交通系統；其次是流動性，物體通常處在運動中，要能保證物體在運動狀態，甚至是高速運動狀態下都能隨時進行數據的交換，這就需要建立配套的信息高速公路，尤其是大容量移動互聯通道。江西理工大學2013級自動化專業項目驅動設計報告第2章智能農業概述在農業生產過程中，農作物的生長與自然界的多種因素息息相關，其中包括大氣溫度、大氣濕度、土壤的溫度濕度、光照強度條件、CO以度、水分及其他養分等等。傳統農業作業過程中，對這些影響農作物生長的參數進行管理，主要依靠人的感知能力，存在著極大的不準確性，農業生產也就成為一種粗放式管理,達不到精細化管理的要求。隨著科學技術的

8、發展,伴隨著城鎮化改革的進行，在農業生產過程中，越來越多的勞動力被解放出來,業無法進一步的發展，也逐漸滯后于社會的發展。勞動力成本不斷增加，傳統農因此，對傳統農業的要求在不斷提高，將先進技術應用于農業將得到廣泛推廣,智能農業隨之產生。所謂的智能農業，指的是將人工智能技術應用于農業領域的一項高新技術。智能農業系統覆蓋了從影響農業生產的自然參數的采集，到利用知識推理和計算機技術進行參數分析，最終通過農業專家系統指導農業生產的整個生產管理鏈。智能農業主要涉及的關鍵技術包括檢測技術、嵌入式技術、通信技術等。智能農業系統本質上仍然是自動控制系統，也是閉環控制系統。它具有以下兩大特性：(1)反饋控制：反饋

9、控制是實現控制系統穩定、可靠及自動化的關鍵技術，智能農業系統在系統的架構上看，也必須是反饋控制系統，而且是負反饋控制系統,形成的是閉環控制。從農業參數的采集、處理到MCUW控，應該形成閉環負反饋系統，否則將失去智能化的特性，失去自動控制的特點。(2)自主控制：自主控制指的是系統的控制核心具備自適應的調整能力，包括自學習能力和自整定能力。農業系統本身是一個非線性系統，其外在擾動和內在擾動無規律可言，在建立對這些無規律的參數實現調控的系統時，就需要使得其具備自主控制的能力，以實時處理非線性數據。江西理工大學2013級自動化專業項目驅動設計報告第3章系統的需求分析需求分析是系統開發的第一步，本系統的

10、系統功能主要有以下幾點：(1)環境檢測系統，即該系統必須能夠完成對于管理區域內農田的環境參數進行監督和反饋，其中包括了空氣和土壤的溫濕度、二氧化碳濃度、光照等，并且能夠實現對農田現場的監控，保證農作物的安全，并能夠實現對智能設備的遠程操控。(2)智能報警和遠程控制，系統能夠實現對于農作物生長環境異常數據的報警功能，及時地通知農田管理人員，并可以適當的調節設定值。(3)歷史數據分析，這也是職能農業最大的特點，能夠實現過去一年或者幾年內數據分析，從而改善農業生產的技術，實現豐產高產。(4)電腦客戶端管理，即能夠通過直觀形象的操作界面，實現能夠從電腦端進行控制。江西理工大學2013級自動化專業項目驅

11、動設計報告第4章系統的組成我們結合系統的需求分析將系統的組成分成了具體的四個層次，分別為：(1)感應平臺設計，主要負責管轄區域內農田環境參數的監督和反饋，實時的檢測農作物的生長環境的參數控制，并且能夠通過互聯網傳輸出來。(2)網絡傳輸，即按照網絡傳輸的協議使用LANWANPAN等網絡標準(3)管理平臺，管理平臺主要包括農田現狀界面、灌溉遠程控制、農田水利管理等。(4)應用平臺，能夠從電腦機房根據氣象預測等，實現遠程控制，全面的提高農業管理的智能化。圖1系統總體結構圖江西理工大學2013級自動化專業項目驅動設計報告第5章系統的開發平臺設計5.1 無線傳輸協議選擇為了保證職能管理系統的全面的智能化

12、，本系統采用多種網絡傳輸協議實現通信過程。例如3G網絡、WANS域網、GPR窕位協議等。由于本系統采用ZigBee無線短距離通信，因此詳細的描述其實現過程，這種通信有著廉價、低能耗、結構簡單等優點，相比于WIFI來說更加的簡單可靠，對于處理器的芯片要求也不高，開發成本較低，而且該網絡最多能夠同時擁有65000個網絡節點，這對于本系統的設計和實現來說是完全足夠的。5.2 硬件節點平臺由于涉及到大量的傳感器，這些傳感器硬件節點也是開發平臺設計的重要過程，一般來說一個傳感器硬件節點包含了電源、傳感器、處理器和無線接收幾個重要的功能元件。這些硬件節點的平臺設計，最基本的條件是能夠支持ZigBee短距離

13、通信網絡，并且本身攜帶一定的處理功能，具有一定的儲存能力，能夠實現基本的網絡節點中的功能需求。A/D轉換各類執行器信號處理電路各類傳感器通信模塊溫度水量二氧化碳肥料系統硬件結構圖6江西理工大學2013級自動化專業項目驅動設計報告5.3 系統的軟件設計為了對農業生產起到指導作用，智能農業系統需要對主要的農業生產影響因素進行監測和控制。整套系統主要利用傳感器技術、通信技術及計算機技術實現其功能。利用傳感器對不同的影響因素進行信號的采集，并做初步的處理后，通過無線通信技術傳輸到上位計算機中，由計算機進行數據的分析和管理，并經過時間上的數據積累，與農業專家一起，構建具備初步完善的專家數據平臺，給農業生

14、產帶來指導性作用。同時，為了調節不適合農業作物生長的因素，仍然需要一套完備的下位機控制系統，實現被監測參數的調節和完善。智能農業系統整體組成框圖如圖一所示。物聯網智能農業系統所使用的傳感器需要滿足農業生產的要求，實現數據的實時采集。本系統采用的都是國外進口專業傳感器，具有穩定性好、精度高等特點，在實際應用過程中，效果顯著。通信部分則采用無線通信方式，農業基地的空曠性給無線通信的實現帶來了便利，有線通信反而會對農業生產產生影響。M2M匚聚節點作為所有參數的集中點，采用了32位的ARMt理器來實現，采用了TINYOSM乍系統進行資源的管理，性能更穩定。PC機上位機監測管理系統則利用目前較新的Sil

15、verlight組件來實現，.Net的應用更為完二氧化碳檢測電路光照強度檢測電路M2M匯聚節點PC上位機監控系統圖3系統軟件架構圖江西理工大學2013級自動化專業項目驅動設計報告第6章系統調試通過硬件的鋪設，以及軟件的設計完成整個系統假設。通過現場檢測到的數據和本系統檢測的數據進行對比，分析和比對系統的功能需求能否得到實現，并且調試遠程操作和管理系統是否運行正常，并對系統的故障和缺陷進行完善。本文簡單地介紹了一個基于物聯網技術的農業職能管理系統的設計與實現過程，本系統經過測驗證明能夠很好的完成管轄區域內農田的智能化管理，極大地實現了農業的現代化程度，有著非常現實的意義。江西理工大學2013級自

16、動化專業項目驅動設計報告第7章心得體會物聯網是新一代信息技術的重要組成部分。其英文名稱是“TheInternetofthings”。由此，顧名思義，“物聯網就是物物相連的互聯網”。這有兩層意思：第一，物聯網的核心和基礎仍然是互聯網，是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信。因此，物聯網的定義是通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。物聯網的基本內涵：物聯網的英文名：Intern

17、etofThings（IOT）,也稱為WebofThings。被視為互聯網的應用擴展，應用創新是物聯網的發展的核心，以用戶體驗為核心的創新是物聯網發展的靈魂。博欣將物聯網定義為通過各種信息傳感設備，如傳感器、射頻識別（RFID）技術、全球定位系統、紅外感應器、激光掃描器、氣體感應器等各種裝置與技術，實時采集任何需要監控、連接、互動的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學、化學、生物、位置等各種需要的信息，與互聯網結合形成的一個巨大網絡。其目的是實現物與物、物與人，所有的物品與網絡的連接，方便識別、管理和控制。物聯網的概念是在1999年提出的。當時基于互聯網、RFID技術、EPC標準，在計算機互

18、聯網的基礎上，利用射頻識別技術、無線數據通信技術等，構造了一個實現全球物品信息實時共享的實物互聯網"Internetofthings”（簡稱物聯網），這也是在2003年掀起第一輪華夏物聯網熱潮的基礎。雖然目前國內對物聯網也還沒有一個統一的標準定義，但從物聯網本質上看，物聯網是現代信息技術發展到一定階段后出現的一種聚合性應用與技術提升，將各種感知技術、現代網絡技術和人工智能與自動化技術聚合與集成應用，使人與物智慧對話，創造一個智慧的世界。因為物聯網技術的發展幾乎涉及到了信息技術的方方面面，是一種聚合性、系統性的創新應用與發展，也因此才被稱為是信息產業的第三次革命性創新。物聯網的本質概括

19、起來主要體現在三個方面：一是互聯網特征，即對需要聯網的物一定要能夠實現互聯互通的互聯網絡；二是識別與通信特征，即納入物聯網的“物”一定要具備自動識別與物物通信（M2M的功能；三是智能化江西理工大學2013級自動化專業項目驅動設計報告特征，即網絡系統應具有自動化、自我反饋與智能控制的特點。關于要發展這一產業應該做的策略，我個人認為首先是要各大高校設置相應的專業，以方便培養一大批這方面的專業人才，還要做好宣傳普及工作，畢竟，現在知道物聯網的人不多，還有就是國家也應該出臺一些有關的法律法規，就這一產業的一些行規進行規范，并給以相應的支持政策，另外就是要向在這一方面做的好的國家學習借鑒，畢竟，站在巨人

20、的肩膀上才能夠看的更遠，更上一層樓。物聯網所具有的鮮明特征和傳統的互聯網相比，物聯網有其鮮明的特征。首先，它是各種感知技術的廣泛應用。物聯網上部署了海量的多種類型傳感器，每個傳感器都是一個信息源，不同類別的傳感器所捕獲的信息內容和信息格式不同。傳感器獲得的數據具有實時性，按一定的頻率周期性的采集環境信息，不斷更新數據。其次，它是一種建立在互聯網上的泛在網絡。物聯網技術的重要基礎和核心仍舊是互聯網，通過各種有線和無線網絡與互聯網融合，將物體的信息實時準確地傳遞出去。在物聯網上的傳感器定時采集的信息需要通過網絡傳輸，由于其數量極其龐大，形成了海量信息，在傳輸過程中，為了保障數據的正確性和及時性，必須適應各種異構網絡和協議。還有，物聯網不僅僅提供了傳感器的連接，其本身也具有智能處理的能力，能夠對物體實施智能控制。物聯網將傳感器和智能處理相結合，利用云計算、模式識別等各種智能技術，擴充其應用領域。從傳感器獲得的海量信息中分析、加工和處理出有意義的數據，以適應不同用戶的不同需求，發現新的應用領域和應用模式。總之，通過查閱關