1、沈阳师范大学科信软件学院智能农业需求分析结合最近的市场调研，针对目前西瓜种植过程中出现的问题，如土地的选择、土地的最大化利用、温湿度、水分、CO2 浓度及光照的需求等，整理出智能农业（农作物为西瓜）需求分析文档。该文档由沈阳师范大学可信软件学院嵌入式方向小组成员完成。2013 年 12 月 17 日目 录一、 引言 .51.1 目的 .51.2 系统开发背景 .51.3 文档格式 .51.4 预期的读者和阅读建议 .61.5 范围 .61.6 术语 .61.7 参考文献 .7二、 系统概述 .82.1 概述 .82.2 系统功能 .92.2.1 温室环境实时监控 .92.2.2 智能报警系统
2、.92.2.3 远程自动控制 .92.2.4 历史数据分析 .102.2.4 手机客户端 .102.3 运行环境 .102.4 假设与依赖 .11三、 系统特性 .123.1 系统角色 .123.2 系统概述 .123.3 ZigBee 用于智能农业大棚的可行性分析 .133.4 系统特点及优势 .14四、 系统功能描述 .184.1 数据采集 .184.1.1 温度、湿度检测流程图 .184.2 视频监控 .194.3 数据存储 .194.4 数据分析 .194.5 远程控制 .194.6 错误报警 .194.7 统一认证 .204.8 手机监控 .20五、 智能农业体系结构图 .215.1
3、 系统总体结构设计 .215.2 分系统模块功能实现描述 .235.2.1 智能农业远程控制网络 .235.2.2 农业网关 .235.2.3 农业主节点 .245.2.4 农业设备节点 .245.3 主体硬件选型 .255.3.1 ZigBee 硬件选型 .255.3.2 数据采集部分设计 .26六、 风险性分析 .306.1 经济风险性 .306.1.1 中国整体大环境经济 .306.1.2 国际经济风险 .306.1.3 中国智能家居产业行业重点区域运行分析 .316.1.4 区域经济侧重风险 .326.2 智能家居行业政策风险 .326.2.1 分析智能家居宏观产业政策 .336.2.
4、2 避环保政策风险 .336.2.3 规避节能政策风险 .336.2.4 规避区域政策风险 .336.3 项目开发风险 .346.3.1 项目选择风险 .346.3.2 方案设计风险 .346.3.3 方案经济风险 .346.3.4 组织实验风险 .346.4 行业市场风险 .356.4.1 产品市场需求风险 .356.4.2 智能家居项目产品市场前景预测 .366.4.3 至今为止市场容量分析 .376.4.4 价格风险 .386.5 参考文献 .38一、引言1.1 目的本文档的目的是增产增收、节约资源、保障安全。智能农业还能促进农村产业结构调整，实现科技对农业的贡献，并在保持水土平衡、调节
5、气候、改善地理环境，促进生态平衡方面发挥重大作用，具有良好的社会效益和生态效益。1.2 系统开发背景我国人口占世界总人口的 22%，耕地面积只占世界耕地面积的 7%。随着经济的飞速发展,人民生活水平不断提高，资源短缺、环境恶化与人口剧增的矛盾却越来越突出。特别是我国加入世贸组织后,国外价格低廉的优质农副产品源源不断地流入我国,这对我国的农产品市场构成极大威胁。因此,如何提高我国农产品的质量和生产效率,如何对大面积土地的规模化耕种实施信息技术指导下科学的精确管理,是一个既前沿又当务之急的科研课题。棉花套种西瓜，能充分利用棉花苗期行间空闲，提高土地利用率，增加经济效益。棉花与西瓜套种，使棉农前期可
6、以收获西瓜，后期可收获棉花，并且套种比纯作棉花基本不减产。土壤的改良利用应遵循因地制宜，统一规划，综合治理的原则。主要措施可概括为三个方面：一是水利措施，包括排水、灌溉、放淤；二是农业生物措施，包括平整土地、土壤培肥、种植耐碱作物与绿肥；三是化学改良措施，主要是使用化学改良剂。西瓜根系发达，耐早、耐瘠薄，对土壤的适应性强。但西瓜根系生长需要较高的土温，需要一定的空气氧含量，不耐水涝，故最适宜种西瓜的土壤是土质疏松、有一定保水保肥能力的沙填土。沙壤土的通透性好，春季升温快，有利于西瓜根系的发育伸展，栽培西瓜发苗快，果实易早热，品质好。特殊土壤种西瓜时还应采取不同的管理措施。1.3 文档格式本文档
7、按以下要求和约定进行书写：（1）页面的左边距为 2.5cm，右边距为 2.0cm，装订线靠左，行距为最小值 20 磅。（2）标题最多分三级，分别为宋体小三、宋体四号、宋体小四，标题均加粗。（3）正文字体为宋体小四号，无特殊情况下，字体颜色均采用黑色。（4）出现序号的段落不采用自动编号功能而采用人工编号，各级别的序号依次为（1） 、1） 、a)等，特殊情况另作规定。1.4 预期的读者和阅读建议本文档的主要内容共分 4 部分：综合描述、系统特性、和非功能性需求和外部接口描述。综合描述部分主要对系统的整体结构进行了大致的介绍；系统特性部分对系统的功能需求进行了详细描述，是本文的主要部分；非功能性需求
8、部分对非功能需求进行了详细的描述；外部接口需求部分对用户界面、软件接口、硬件接口和通讯接口等进行了描述。本文档面向多种读者对象：（1）项目经理：项目经理可以根据该文档了解预期产品的功能，并据此进行系统设计、项目管理。（2）设计员：对需求进行分析，并设计出系统，包括数据库的设计。（3）程序员：配合设计报告 ，了解系统功能，编写用户手册 。（4）销售人员：了解预期产品的功能和性能。（5）用户：了解预期产品的功能和性能，并与分析人员一起对整个需求进行讨论和协商。1.5 范围农业生产具有地域性、季节性和周期性的特点，农业生产问题的认知过程是非常复杂的行为，涉及环境、气候、土壤、品种、水分、肥力、技术、
9、管理等多个因素。所以本产品适用与任何种植地点，能够改善土土壤情况、温度等诸多因素。1.6 术语(1) 智能农业是指在相对可控的环境条件下，采用工业化生产，实现集约高效可持续发展的现代超前农业生产方式，就是农业先进设施与露地相配套、具有高度的技术规范和高效益的集约化规模经营的生产方式。(2)客户端（Client）亦称为用户端。是指与服务器相对应，为客户提供本地服务的程序。客户端在运行时需要建立特定的通信连接，使用网络中有相应的服务器和服务程序来提供相应的服务。(3)无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)是由部署在监测区域内大量的微型传感器节点组成，并通过无线通
10、信方式形成的一个多跳自组织网络。(4)传感技术是敏感功能材料科学、传感器技术、微细加工技术等多学科技术相互交叉而形成的新技术。其中，传感器技术是涉及传感（检测）原理、传感器件设计、传感器开发和应用的综合技术。(5)TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）即传输控制协议，在网络中提供可靠数据传输和无连接数据服务的一组协议。提供可靠数据传输的协议称为传输控制协议 TCP，提供无联接数据服务的协议称为网际协议 IP。1.7 参考文献农业智能系统 赵春江 著农业物联网导论 李道亮 著智能农业专家系统工程史继宝 杨连志 王孝岐 李春芝
11、 著基于全信息的智能农业装备技术专利战略研究 赵旭 著物联网技术应用 张海涛 马健 著二、系统概述2.1 概述为了对农业生产起到指导作用，智能农业系统需要对主要的农业生产影响因素进行监测和控制。整套系统主要利用传感器技术、通信技术及计算机技术实现其功能。利用传感器对不同的影响因素进行信号的采集，并做初步的处理后，通过无线通信技术传输到上位计算机中，由计算机进行数据的分析和管理，并经过时间上的数据积累，与农业专家一起，构建具备初步完善的专家数据平台，给农业生产带来指导性作用。同时，为了调节不适合农业作物生长的因素，仍然需要一套完备的下位机控制系统，实现被监测参数的调节和完善。智能农业系统整体组成
12、框图如图所示。数据采集温度传感湿度传感光照传感土水分二氧化碳其他传感器ARM计算机打印机通讯接口控制部分模拟 屏降温设备风扇补光灯遮阳帘通风窗执行机二氧化碳发生器水泵其他设备智能农业系统所使用的传感器需要满足农业生产的要求，实现数据的实时采集。本系统采用的专业传感器，具有稳定性好、精度高等特点，在实际应用过程中，效果显著。通信部分则采用无线通信方式，农业基地的空旷性给无线通信的实现带来了便利，有线通信反而会对农业生产产生影响。中央控制处理器是所有参数的集中点，采用 32 位的 ARM 处理器来实现，采用 linux 操作系统进行资源的管理，性能更稳定。2.2 系统功能2.2.1 温室环境实时监
13、控（1） 通过电脑或者手机远程查看温室的实时环境数据，包括空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤湿度、光照度、二氧化碳浓度、氧气浓度等。远程实时查看温室视频监控视频，并可以保存录像文件，防止农作物被盗等状况出现。（2） 温室环境报警记录及时提醒，用户可直接处理报警，系统记录处理信息，可以远程控制温室设备。（3） 远程、自动化控制温室内环境设备，提高工作效率，如自动灌溉系统、风机、侧窗、顶窗等。（4） 用户可以直观查看温室环境数据的实时曲线图，及时掌握温室农作物生长环境。2.2.2 智能报警系统（1） 系统可以灵活的设置各个温室不同环境参数的上下阀值。一旦超出阀值，系统可以根据配置，通过手机短信、系
14、统消息等方式提醒相应管理者。（2）报警提醒内容可根据模板灵活设置，根据不同客户需求可以设置不同的提醒内容，最大程度满足客户个性化需求。（3）可以根据报警记录查看关联的温室设备，更加及时、快速远程控制温室设备，高效处理温室环境问题。（4）可及时发现不正常状态设备，通过短信或系统消息及时提醒管理者，保证系统稳定运行。2.2.3 远程自动控制（1） 系统通过先进的远程工业自动化控制技术，让用户足不出户远程控制温室设备。（2）可以自定义规则，让整个温室设备随环境参数变化自动控制，比如当土壤湿度过低时，温室灌溉系统自动开始浇水。（3）提供手机客户端，客户可以通过手机在任意地点远程控制温室的所有设备。2.
15、2.4 历史数据分析（1）系统可以通过不同条件组合查询和对比历史环境数据。（2）支持列表和图表两种不同方式查看，用户可以更直观看到历史数据曲线。（3）与农业生产数据建立统一的数据模型，系统通过数据挖掘等技术可以分析更适合农作物生长、最能提高农作物产量的环境参数，辅助决策。2.2.4 手机客户端（1） 用户可以通过该智能农业监控系统手机客户端，随时随地查看自己负责温室的环境参数。（2）用户可以使用手机端及时接受、查看温室环境报警信息。（3）通过手机端，用户可以远程自动控制温室环境设备，如自动灌溉系统、风机、顶窗等。2.3 运行环境该系统为 B/S 三层结构，它的运行环境分为客户端、中央控制器和硬
16、件执行机构三部分。以下是系统的运行环境。（1）客户端智能手机或个人笔记本电脑。（2）中央控制器ARM9 或 ARM7 平台。（3）硬件执行机构温湿度传感器节点：Sensirion公司生产的具有12C总线接口的单片全校准数字式相对湿度和温度传感器SHTll。光照传感器节点：安捷伦科技公司的模拟输出型环境光照传感器APDS9002光传感器。CO2传感器节点：MSP4100P二氧化碳传感器灵敏度高，长期稳定性好，受环境温湿度情况影响较小，使用方便，寿命长。土壤水分检测节点：TRS-I/TRS-II数显土壤水势测定仪可以在田间定位检 测和观测土壤水势，从而可进一步获取土壤水分、导水率等土壤水利性质参数。土壤微量元素检测节点：迅捷牌YN型土壤微量元素检测仪集仪器与药品于 一体，配备了进行规定项目化验所必需的全部装备，可独立在乡、村进行测定。2.4 假设与依赖本项目是否能够成功实施，主要取决于以下的条件：（1）沈阳师范大学软件学院系统的运行提供必要的且能够满足系统运行条件的硬件环境和通讯环境，不合适的硬件环境和通讯环境将会影响系统的性能。（2）开发小组掌握先进的能够适用于该项目的技术，这是系统的性能是否优化和项目能否成功的保证。（3）项目团队是否稳定，不稳定的团队将影响项目的进度和质量。（4）项目前期的问题定义是否合理，就问题定义研究的可行性分析是否可行，前期的工作将决定后期的进度。
