1、I毕业设计（报告）课题:智慧农业物联网系统设计学生: 夏培元 系部: 物联网学院班级: 物联网 1404 班 学号: 2014270307指导教师: 杨昌义装订交卷日期: 2017 年 01 月 日目 录II摘 要随着经济社会的发展，农业已经越发智能化智慧农业是农业生产的高级阶段是集新兴的互联网、移动互联、云计算和物联网技术为一体，依托部署在农业生产现场的各种传感节点（环境温湿度、土壤水分、二氧化碳、图像等）和无线通信网络实现农业生产环境的智能感知、智能预警、智能决策、智能分析、专家在线指导，为农业生产提供精准化种植、可视化管理、智能化决策。基于 ZigBee 技术的智慧农业解决方案，成本低廉
2、，是一般人都能负担的价格；控制更简单，让每一位刚接触的人都能轻松使用；功耗更低、组网更方便、网络更健壮，给您带来高科技的全新感受。您的温室大棚规模越大，基于 ZigBee技术的智慧农业解决方案在使用中，要准确及时地操控所有设备，最值得关注的应该就是网络信号的稳定性。鉴于温室大棚的网络覆盖区域比较广泛，我们贴心为您呈现物联无线组网！智慧农业能有效连接物联 Internet 通信网关和超出物联Internet 通信网关有效控制区域的其它 ZigBee 网络设备，实现中继组网，扩大覆盖区域，并传输网关的控制命令到相关网络设备，达到预期传输和控制的效果。基于先进的 ZigBee 技术，物联无线中继器无
3、需接入网线，就可自行中继组网，扩散网络信号，让网络灵活顺畅运行，保障您的所有设备正常运行。主要采集温湿度，从而控制农植物的水分和光照。关键词:物联网；智慧农业；云计算；物联网架构；ZigBee目 录IIIAbstractWith the development of economy and society, agriculture has more intelligent wisdom agriculture is the advanced stage of agricultural production is a set of emerging Internet, mobile Intern
4、et, cloud computing and networking technology as a whole, relying on the sensor nodes deployed in various agricultural production field (environment temperature and humidity, soil moisture, carbon dioxide, intelligent sensing, image) intelligent warning, intelligent decision-making, intelligent anal
5、ysis, expert online guide agricultural production environment and wireless communication network, to provide accurate planting, visual management, intelligent decision for agricultural production.The wisdom of agricultural solutions, based on ZigBee technology has the advantages of low cost, is that
6、 ordinary people can afford the price control; more simple, let every just contact people can easily use; lower power consumption and the network more convenient and more robust network, to bring you a new feeling of high-tech. The larger the size of your greenhouse, intelligent agriculture solution
7、s based on ZigBee technology in use, to accurately and timely control of all equipment, the most noteworthy is the stability of the network signal. In view of the greenhouse network coverage area is relatively wide, we are intimate for you to show the combination of wireless networking! Wisdom agric
8、ulture can effectively connected IOT Internet communication gateway and beyond Internet communication gateway control regions of other ZigBee network equipment, implementation of relay network, expand the coverage area, and control command transmission gateway to the network equipment, to achieve th
9、e desired effect of transmission and control. Based on the advanced ZigBee technology, the physical wireless repeaters do not need access to the network cable, you can relay network, the proliferation of network signals, so that the network flexible and smooth operation, to ensure the normal operati
10、on of all your equipment. The main collection of temperature and humidity, so as to control the water and light of agricultural plants.Key word：Internet of things; intelligent agriculture; cloud computing; Internet of things architecture; ZigBee目 录IV目录第一章 绪论 .11.1智慧农业产生背景 .11.2物联网技术智能化管理 .11.3系统简介 .
11、1第二章 总体方案 .32.1 可行性分析 .32.2 风险分析 .32.2.1.区域经济侧重风险分析 .32.2.2.国际经济风险分析 .4第三章 系统设计 .63.1智慧农业物联网技术分析 .63.2总体设计 .73.2.1智能农业控制系统 .73.2.2云计算系统 .83.3 数据储存与访问设计 .93.4 系统功能架构 .93.5 系统部署架构 .93.6 主要硬件设备 .103.6.1CC2530介绍 .103.6.2芯片引脚功能 .10第四章 总结 .14参考文献 .15致谢 .16第一章 绪论1第一章 绪论1.1 智慧农业产生背景农业信息技术是我国现代农业科技的重要内容，大力推进
12、“信息化与农业现代化融合”是我国现代农业发展方向。“农业物联网”即利用物联网技术，即通过相应的智能传感器设备实时监控农业种植环境，并将各个相应的数据通过数据采集设备，经过无线网络系统传送到信息控制中心，进而对农业种植环境进行调节，智能控制农作物健康生长所需环境如温度、湿度以及光照、土壤温度、含水量，及时灌溉系统。实现农业种植综合生态信息的自动检测，对环境进行自动监控。1.2 物联网技术智能化管理农业是关系着国计民生的基础产业，我国传统农业在向现代农业发展中面临着确保农产品总量、调整农业产业结构、改善农产品品质和质量，改善生产效益低下、资源严重不足且利用率低、环境污染等问题而不能适应农业持续发展
13、的需要。因此，关于农业物联网技术的研究势在必行。物联网是以感知为目的的，实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。物联网可以很好地应用到诸多领域，农业即是其中之一。通过在农业种植系统中安装相应的只能控制系统，实现对整农作物种植环境中各个参数的实时监控，及时掌握农作物生长环境的一些参数，并根据参数变化适时调控来掌控农作物最佳的生长环境，将生物信息获取方法应用于无线传感器节点，为温室精准调控提供科学依据。1.3 系统简介基于物联网技术的农业种植监控系统核心包括以下几部分： 1）感知层：顾名思义，感知层相对于物联网而言，类似于人类的感觉器官，主要是用于识别物体并进行信息采集。信息感知层通过采用先进的
14、传感技术，即第一章 绪论2利用温度、湿度、光照、风速等各种传感器，得到农业生产过程中的精细化信息，如设施内温度、湿度、光照情况、CO2 浓度、土壤湿度、营养液浓度等信息，是对植物生长状况进行判定的基础。数据感知与采集，实现种植环境中的土壤湿度、空气温度湿度、光照及自动灌溉系统的实时感知的试纸传送到 ZigBee 协调器节点上； 2）应用层：信息应用层通过对数据进行科学处理而制定相应的管理决策，从而实现对农业生产过程的控制。例如利用无线传感器网络获取作物生长环境的温湿度、光照强度等信息，并对各类信息进行分析，依据制定的管理策略，与传动机构进行通讯，控制传动机构，进行自动灌溉、施肥、加温、控光等，
15、同时对异常信息自动报警。该系统负责对采集的数据进行存储、信息处理和控制指令的下达，为用户提供分析 决策依据，用户可随时随地提供电脑灯终端进行查询。物联网技术的农业种植环境监控管理系统功能结构框图如图 1.1 所示。图 1.1 系统功能结构图第二章 总体方案3第二章 总体方案2.1 可行性分析由于农村地区村民想摆脱农耕生活，中国东部、南部及中部地区数百万公顷的农田冬季遭弃耕。农业部的统计资料显示，中国南部 16 省 2150 万公顷农田冬季无人耕种，占 16 省总耕地面积的 46.6%以上。中国农业科学院研究员卢布表示，这一现象可能是因为“农民不愿意把时间花在种地上，而是想要去城里工作赚更多的钱
16、。”现在新一代的打工潮中不断出现年轻的 90 后面孔，但农田里劳作的人们可谓真是书本上读到的“农民伯伯”，年轻一代的劳动力在农村流失巨大，日出而作日落而息的生活对他们似乎毫无吸引力。农业作为一个古老的行业，在历朝历代的中国都是立国之本。中国是一个农业大国，却不是农业强国。土地分散、生产效率低、技术落后等导致的竞争力不强一直都是阻碍我国农业发展的重要因素。中国农业大部分还处于靠天吃饭的局面，随着科学技术的发展，农业的工业化、信息化是趋势所在 目前农业信息化技术在农业中的应用已经从零散的点的应用发展到全面应用，信息的有效沟通和高效利用使得农业生产系统、农业管理系统、农业市场系统、农村生活系统等农业
17、系统的运转更加有效、智慧，物联网技术的发展将真正促成智慧农业的诞生。农业的可持续发展、和谐农村、农业资源的有效利用和环境保护，这些被不断提及和关注的问题会得到更优化的解决方法。2.2 风险分析2.2.1. 区域经济侧重风险分析我国是世界上的农业大国，但又是耕地严重不足的国家，目前我国人均耕地面积排名世界第 126 位，仅占有世界人均耕地面积的 40%。因此，发展智慧农业具有长远和现实意义。 我国幅员辽阔，农业自然条件复杂，农业机械化综合水平较低，在农业生产领域，电子、计算机和信息等技术的应用还较少，因此全面推广智慧农业尚有一定困难，但可以在规模化和机械化程度较高的地区，如新疆、黑龙江等地区的大
18、型农场率先开展智慧农业技术应用。对于经济发达、城市化程度高的地方，要建第二章 总体方案4立合理的土地流转机制，引导农户发展适度规模经营，进行智慧农业试验，逐步推广智慧农业技术。此外，应广泛建立适合于家庭联产承包分散经营的智慧农业技术体系，以提高农业生产效益。 尤其要提及的是，我国西部地广人稀，有较好的规模经营基础，从自然条件来说，比较适于开展智慧农业；西部地区占主导的是第一产业，第三产业并未得到充分发展，但如果发展基于知识之上的新技术，西部的产业结构可以得到进一步优化；另外西北地区现阶段水资源开发利用方式不合理，管理落后，灌溉方式不当引起土壤沙化、草场退化和土地次生盐碱化，目前全国水土流失面积
19、约 80%发生在西部，每年新增的荒漠化土地也大多分布在西部地区。智慧农业系统中在自动监测控制条件下的精准灌溉工程技术，如喷灌、滴灌、微灌和渗灌等，可大大节约西部水资源利用率。 作为长远策略，我国可以县或乡为单位，研究建立区域性土壤养分信息系统，分区指导当地的养分管理和肥料合理施用，逐步建立起适合小规模分散经营体制下的智慧农业信息化管理模式。 面对我国农业发展相对落后的现状和国际市场的挑战，我国应不失时机地大力发展智慧农业，使之成为我国农业普及现代信息技术、实现农业现代化的突破口。长期以来的实践证实,现代农业离不开现代信息技术，后者打造的智慧农业无疑将改造世界农业，并孕育世界农业未来的新希望。2
20、.2.2. 国际经济风险分析分析 2016 年世界范围内智能农业市场发展状况、智能农业行业特点和智能农业市场需求。先不谈市场状况如何，单是先前几大国际巨头的行动就已经让我们预先看到了 2016 年智能农业行业稳定的发展前景。 先来看一组数据：美国农业部最近的调查报告指出，由于国内智慧农业发展迅速，正在为推动美国农业出口创造更大的盈余。前年发布的美国 2015年贸易数据证实了美国在农作物种植方面的杰出才能。虽然从总体上看，美国 2015 年商品和服务贸易逆差进一步扩大，再次下滑近 5000 亿美元，但农业出口同比增长了几乎 1/3，创造了近 400 亿美元的贸易盈余。在 2015 年，美国农业出
21、口额为 1158 亿美元，创历史新高。 美国农业部长汤姆表示：“如今的数据显示，全球对美国食品和农产品的需求正在飙升。”他指出，智慧农业每年可为美国农民节约数百万美元，第二章 总体方案5并避免了使用不必要的化肥和杀虫剂，从而显著降低了规模化农业对环境的冲击。去年美国农业出口打破纪录，比 2013 年创造的上个纪录 1148 亿美元多出了近 10 亿美元。第三章 系统设计6第三章 系统设计3.1 智慧农业物联网技术分析射频识别技术是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术，该技术与互联网、通讯等技术相结合，可实现全球范围内的物品跟踪与信息共享。射频识别技术在食品行业中主要应用于食品的跟踪和溯源
22、。应用射频识别技术系统可确保食品供应链的高质量数据交流，可确保食品源的清晰，实现产品追踪，从而实现质量监控和追溯。同时，射频识别技术与传感器技术相结合，可以感知食品加工和储藏过程中环境的状态信息，因为环境因素对食品品质影响很大，记录分析这些因素就显得十分重要。利用无线通信技术可以方便地把这些状态信息及其变化传递出来。条码技术：条形码是由美国的 N.T.Woodland 在 1949 年首先提出的。它算得上是最古老最成熟的一种识别技术它也是自动识别技术中应用最广泛和最成功的技术。由于条形码成本较低有完善的标准体系已在全球散播,所以已经被普遍接受。条形码是由宽度不同、反射率不同的条和空按照一定的编
23、码规则(码制)编制成的,用以表达一组数字或字母符号信息的图形标识符,即条形码是一组粗细不同,按照一定的规则安排间距的平行线条图形。它的基本工作原理为,由光源发出的光线经过光学系统照射到条码符号上面,被反射回来的光经过光学系统成像在光电转换器上,使之产生电信号,信号经过电路放大后产生模拟电压,它与照射到条码符号上被反射回来的光成正比再经过滤波、整形形成与模拟信号对应的方波信号,经译码器解释为计算机可以直接接受的数字信号。磁卡识别技术:我们常用的磁卡是通过磁条记录信息的。磁条技术应用了物理学和磁力学的基本原理。磁卡技术的优点是数据可读写,即具有现场改变数据的能力数据的存储一般能满足需要,使用方便、成本低廉。这些优点使得磁卡技术的应用领域十分广泛,如信用卡、银行 ATM 卡、现金卡 (如电话磁卡)、机票、公共汽车票、自动售货卡等。磁卡技术的缺点是数据存储的时间长短受磁性粒子极性的耐久性限制使用寿命短、信息容量小,常常依赖于外界的数据库,另外,磁卡存储数据的安全性一般较低,如磁卡不小心接触磁性物质就可能造成数据的丢失或混乱,要提高磁卡存储数据的安全性能,就必须采用另外的相关技术。
