智能农业需求分析.doc

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 .5 1.1 目的 5 1.2 系统开发背景 5 1.3 文档格式 5 1.4 预期的读者和阅读建议 6 1.5 范围 6 1.6 术语 6 1.7 参考文献 7 二、 系统概述 .8 2.1 概述 8 2.2 系统功能 9 2.2.1 温室环境实时监控 .9 2

2、.2.2 智能报警系统 .9 2.2.3 远程自动控制 .9 2.2.4 历史数据分析 10 2.2.4 手机客户端 10 2.3 运行环境 10 2.4 假设与依赖 .11 三、 系统特性 12 3.1 系统角色 .12 3.2 系统概述 12 3.3 ZigBee 用于智能农业大棚的可行性分析 .13 3.4 系统特点及优势 .14 四、 系统功能描述 18 4.1 数据采集 .18 4.1.1 温度、湿度检测流程图 .18 4.2 视频监控 .19 4.3 数据存储 19 4.4 数据分析 .19 4.5 远程控制 .19 4.6 错误报警 .19 4.7 统一认证 .20 4.8 手机

3、监控 .20 五、 智能农业体系结构图 21 5.1 系统总体结构设计 .21 5.2 分系统模块功能实现描述 .23 5.2.1 智能农业远程控制网络 23 5.2.2 农业网关 23 5.2.3 农业主节点 24 5.2.4 农业设备节点 24 5.3 主体硬件选型 .25 5.3.1 ZigBee 硬件选型 .25 5.3.2 数据采集部分设计 26 六、 风险性分析 30 6.1 经济风险性 .30 6.1.1 中国整体大环境经济 30 6.1.2 国际经济风险 30 6.1.3 中国智能家居产业行业重点区域运行分析 31 6.1.4 区域经济侧重风险 32 6.2 智能家居行业政策风

4、险 .32 6.2.1 分析智能家居宏观产业政策 33 6.2.2 避环保政策风险 33 6.2.3 规避节能政策风险 33 6.2.4 规避区域政策风险 33 6.3 项目开发风险 .34 6.3.1 项目选择风险 34 6.3.2 方案设计风险 34 6.3.3 方案经济风险 34 6.3.4 组织实验风险 34 6.4 行业市场风险 .35 6.4.1 产品市场需求风险 35 6.4.2 智能家居项目产品市场前景预测 36 6.4.3 至今为止市场容量分析 37 6.4.4 价格风险 38 6.5 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

5、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

6、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

7、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

8、 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

9、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、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

10、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

11、。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 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

12、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 A R M 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

13、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

14、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

15、，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。 2.2.4 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

16、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

17、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APDS 9002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

18、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。 三、系统特性 3.1 系统角色 智能手机或 PC 机：智能手机或 PC 机担任用户客服端，为用户提供该直观 的图形界面，

19、在图形界面中用户就可以实现对大棚的远程控制或其距离控制。 ARM9 或 ARM7：ARM9 或 ARM7 是智能家居系统的“大脑” ，他不仅接受用户 的命令，同时也接受传感器或检测装置采集的数据，并按事先规定好的规则办 事其一，将用户的命令分析并作出决定发出相应的执行命令，是硬件执行 机构完成用户交代的任务；其次，它将采集机构（各种检测装置或传感器）传 来的信息分析、加工、处理、判断，将相应的信息发给用户（智能手机或 PC 机） 。 传感器或检测装置：在此系统中，传感器或检测装置担任“监督”的角色， 他们在一定的时间段内采集数据并将之做适当的处理（或不处理）传给中央控 制器，实时监控大棚内情况

20、。, 硬件执行机构：执行中央控制器发出的命令。 3.2系统概述 智能化农业信息技术利用计算机的网络通信能力 , 帮助人们在广泛的范 围内快速地获得各种有用的信息；利用计算机的大容量存储能 力 , 帮助人们 快速地存放和取出大量有用信息；利用计算机的高速运算能力 , 帮助人们对各 类 信息进行快速的科学处理 , 运用各种知识 , 模仿人类专家的思维方法 , 对错综复杂的各类问题 进行快速而有效的定性分析和推理判断；利用声图文并 茂的人机交互手段 , 人们既可以方便 地向计算机输入各种信息 , 也可以形象 地从计算机那里咨询到所需的信息 , 向农业生产者形象 而及时地传播各类农 业生产知识、农业高

21、新技术成果以及农业经济等实用信息 , 为各级农业 管理 者和生产者及时提供有关农业资源利用、 农业动态监测、 各类农作物综合管 理智能决策、 精准施肥、病虫害综合防治、灾情预报等宏观决策信息；还可以 综合各种单项农业技术 , 实 现更高层次的多项农业技术集成 , 起到多层次多 方面农业专家的作用 , 实现低耗、 高产、 高效、 优质 , 是世界农业发展的 新趋势 , 也是我国农业迈向 21 世纪的最佳选择。 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系统的运转更加有效、智慧，物

22、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。我们 的系统则具备如下特点： (1)低成本：大量的控制器和传感器终端节点是大棚控制网络中控制的主 要对象，这种较大规模的网络需要一个低成本的节点组网技术。 (2)跨平台：智能农业系统的使用环境是一个大棚环境，整个系统中有着 错综复杂的平台，不能强制要求用户能够对系统进行复杂的配置和管理，网络 环境下各种资源的自组织和协同工作显得非常重要。 (3)可扩展性：能够在系统主架构不做改动的情况下进行维护和扩展，加 入新的的智能农业设备。 (4)远程控制

23、：移动终端设备能够接入 Internet 并登录到智能农业控制系 统中，进行信息交互，实现远程监控和控制。 我们的目标是一方面总结国外发展经济，根据中国的国情找准自己的切入 点，另 一方面切实做好有关基于 Zigbee 无线技术的物联网应用与研究开发,力 求走出 适合中国国情的精确农业的发展道路。我们基于客户需求持续创新，在 物联网传感器、物联网模块、移动物联网和云计算等几大领域都确定了行业领 先地位。物体感知、数据传输等领域的综合优势在物联网 Zigbee 技术的引领下， 现代化的 精准农业采用了先进的温室大棚种植技术。可以在阳光不足的时候， 通过物联产 品自动补充人造光线，促进光合作用；可

24、以在湿度不够的时候，通 过物联产品自 动为农作物补充水份；更可以创造一个恒温的空间，让农作物一 年四季不停的生 长，生生不息总之一句话，您可以按照自己的要求随心所 欲的控制阳光、空 气、雨露等等。 内置先进的温度感应器，物联无线温度湿度传感器可实时为您监测温室中 的温度，通过无线 Zigbee 技术，可与温室中的空调设备相连，当室内温度超过 或低于系统设定范围时，可自动打开或关闭空调设备。 本系统任务提出者为沈阳师范大学软件学院王小薇老师。系统开发参与者 有罗莎莎、宋丹、孙太峰、田柱、卢维维、秦帅、苏明阳、孙承宇、宁宝军、 陶世伟。系统使用者是面向广大消费者。技术支持有：综合布线技术、Zigb

25、ee 通信技术、 安全防范技术、自动控制技术。 3.3 ZigBee 用于智能农业大棚的可行性分析 大棚控制网络是整个智能大棚控制系统的神经和核心，对于大棚控制网络 而言，必须满足如下要求： (1)可靠性，大棚控制网络要求数据传输的可靠性不能因为干扰或者信道 阻塞而下降，要保证大棚主节点与大棚设备节点之间安全、无差错的数据传输。 ZigBee 的 MAC 层采用 talk-whenready 碰撞避免机制，这种方式大大提高了 系统数据传输的可靠性。在 talk-whenready 机制下，数据接收端收到每一个 数据包之后都会进行确认并将确认信息返回给发送方，发送方若在规定的时间 之内没有接收到

26、返回信息，即证明发生了“碰撞” ，数据将会再次重新传输，另 外 ZigBee 还提供了鉴权和数据校验功能。 (2)成本，在一个大棚中可能有几十甚至上百个设备节点，对于众多的节 点来说，成本是相当可观的。目前，ZigBee 芯片的成本大约在 4 美元左右，对 于大批量应用而言 ZigBee 设备的成本可以做到 2 美元以下。随着半导体集成技 术的发展，ZigBee 芯片的体积将会变得越来越小，价格也会降得更低。 (3)可扩展性，在大棚节点设备不会一成不变，而在实际应用中经常需要 添加或者删减设备节点，当设备节点数目发生变动时，系统应当具备一定的机 制扩充网络节点，而不需要改变网络的结构。ZigB

27、ee 网络中每个 FFD 设备可连 接多达 255 个节点，而几个 FFD 之间则可形成一个更大的无线网络，ZigBee 网 络对路由传输的数目则没有限制。 (4)安全性，大棚控制网络中的节点之间的信道不能被非法监听和修改， 应该是可靠加密的。ZigBee 采用 ASE128 加密机制进行数据传输，并可以灵 活确定其加密属性。ZigBee 联盟开发了 ZigBee 的安全层，以保证在远距离的 数据传输中节点不会意外泄漏其标识或者被其它节点获得 15J。 (5)信号覆盖率，大棚的范围在 10100 米之间，且大棚之间有墙壁阻隔， 各设备网络节点之间必须能够穿透墙壁在一定距离之间进行可靠通信。Zi

28、gBee 的有效覆盖范围可达 100 米左右，并且该频段对于墙壁有比较好的穿透性，具 体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而改变，一般都能够覆盖短 距离的范围。 3.4 系统特点及优势 （1）人性化设计 我们的物联智能农业系统还可通过设置，随时将温室中的温度情况发送到 您的手机上，以便您及时了解，省去经常往大棚跑的麻烦。此外，物联无线温 度湿度传感器采用无线控制技术，省去您的布线烦恼，让您的温室更添整洁清 爽。 （2）营造作物生长必要舒适湿度环境 适宜的湿度环境也是作物生长的先决条件之一，我们也同样贴心为您考 虑到了这一点。物联无线温度湿度传感器，通过监测平台，同步获取温室内空 气的湿

29、度系数，当湿度系数不在您的设定值范围内时，可自动控制通风设备等 的运行， 使空气湿度控制在作物生长适宜的湿度范围内。同样的，只需一部手机在 手，您就能随时随地的获取所有信息。 我们全力打造最前沿的 Zigbee 技术产品，为您的作物生长提供最适宜的 土壤环境。物联无线土壤温度湿度传感器，可持续监测土壤中的水分和温度， 并及时将数据传输到监测平台或您的手机中。您可根据显示数据，设置是否打 开或关闭温室中的灌溉系统及通风设备等。 （ 3） 极 强 的 适 应 能 力 众所周知，土壤成分的多样化，其中不乏存在酸性物质等，物联无线土壤 温度湿度传感器，外壳采用了高科技的耐腐蚀材料，适用于各类土壤水分的

30、测 量，性能温定，可靠性高，大大节省了您的维护时间。 （ 4） 操 作 简 单 ， 方 便 快 捷 无线控制技术，操作更为简单直观，让每一位使用者都能得心应手！ （ 5） 物 联 无 线 光 照 传 感 器 ， 作 物 的 贴 心 管 家 绿色植物进行光合作用总是依赖着阳光的存在，然而，吸取过多的阳光， 在某些时候，对某些特定的作物来讲，却不一定都是百利无一害的。物联无线 光照传感器，采用对弱光也有较高灵敏度的硅兰光伏探测器作为传感器，随时 监测记录太阳光线的强度。 通过无线 Zigbee 技术，物联无线光照传感器还可与相关的补光系统、遮阳 系统等设备相连，在有需要时，自动打开相关设备，为您的

31、作物生长打造完美 的光照环境。 （ 6） 巧 妙 设 计 ， 给 您 更 多 惊 喜 科技的日异月新，我们的农业发展规模也越来越大，我们更加迫切需要的 是，测量范围更宽阔的物联无线光照传感器。 外形线条流畅，还具备良好的防水能力，即使是刮风下雨也不会影响它的 工作。无线技术控制，让您使用更方便，安装更简单！ （ 7） 有 效 控 制 作 物 的 光 合 作 用 我们都知道，作物吸收二氧化碳进行光合作用，产生养分，进行新陈代谢。 然而，空气中过多的二氧化碳却反而会抑制作物的生长。如何随时监测空气中 二氧化碳的浓度，确保给作物生长提供最佳的生长环境？ 物联太阳能无线二氧化碳传感器的出现，最大程度上

32、解决您的烦恼。我们 拥有专利的烟雾收集器设计，运用先进的 Zigbee 技术，当空气中的二氧化碳浓 度超过系统设定阙值范围后，可自动打开与之相连的通风设备，也可增加对作 物的光照，使之进行更多的光和作用，从而减少二氧化碳的浓度。 （ 8） 绿 色 更 环 保 ， 方 便 更 耐 用 利用太阳能供电，不会对周围环境产生任何影响，只为您创造更自然的 “绿色农业” 。外壳采用多重防护，不受外界高湿等环境影响，确保传感器可靠 稳定工作。 （ 9） 让 您 从 繁 杂 的 工 作 解 放 出 来 管理庞大的农作物基地、温室大棚，总是会用到各种各样的现代化电器设 备。当空气和土壤温湿度出现变化时，加热器、

33、加湿器、鼓风机等便是至关重 要的存在；当光照强度过高时，便是遮阳网一显身手的时候了如此之多的 电器设备要一一通电后才能运行，可要在这面积广阔的农田、温室大棚放置冗 长错乱的电源插座，不光耗费人力物力，更会成为您自由行走的重重障碍。 偌大的农作物基地，无需帮忙，一人搞定，您相信吗？ 物联无线智能插座的出现，恰如其分地解决了您的燃眉之急！基于先进的 Zigbee 技术，可支持无线终端设备与无线网络，从而达到无线智能控制插座开 关的效果，具有稳定的无线控制功能。 还可以通过物联无线网关，连接到您的手机、电脑或其它任何移动设备上， 如此一来，您只需一个按钮就能搞定所以难题，让您在收获的同时，享受到智

34、能农业所带来的便捷与快乐！ （ 10） 操 作 简 便 ， 让 您 尽 享 悠 闲 时 光 您无需担心对物联无线智能插座的操控问题，我们按您的实际需要设定好 内在程序，您只需将其接通电源，按下识别按钮，就可加入网络进行控制。先 进的无线技术，免除您的布线烦恼，让您不必再为杂乱无章的电源插座线头疼， 为您倾心打造智能农业时代！ 农作物的灌溉历来是农业劳作的重头戏。物联无线电磁阀，使在没有标 准电源情况下灌溉系统的自动化成为可能！可根据作物需水量要求,设置不同的 灌溉程序，为您节省宝贵时间！ （ 11） 智 能 化 设 计 物联无线电磁阀，采用全新的双密封电池盒，有着优异的防水性能，可在 水下3.

35、5米处正常运行，所以您完全不必担心它会不适应阀门箱内的恶劣环境。 内部先进的智能系统，能满足需水量不同的各种作物的灌溉需求。而且， 所有安装部件均在地下，有效的减少了人为损坏的可能，为您节省能耗！ 基于先进的 Zigbee 技术，物联无线电磁阀可与您的监控平台实现无线通 讯，还可与您的手机联网，让操作更为简单！ （ 12） 为 您 打 造 绿 色 农 业 物联无线电磁阀的电池寿命足以满足整个灌溉季节的需要，每年只需更换 一次电池，节能更环保！ （ 13） 总 指 挥 官 智能化的农业管理体系，所有的操作指令总是少不了它的“大脑”通 信控制中心设备，也就是我们的物联无线网关。 它是将 Zigbe

36、e 无线网络信号和互联网网络相互连接的桥接设备，实现 Zigbee 网络设备与互联网网络设备之间的监测与控制。有了它，您可以随时随 地在互联网上浏览您的温室大棚最新情况，并且还可以进行远程操控！ （ 14） 简 洁 直 观 ， 方 便 操 控 物联无线网关，基于先进的 Zigbee 网络技术，成本低廉，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！ （ 15） 让 您 的 网 络 更 灵 活 您的温室大棚规模越大，在使用智能农业系统中，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

37、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中继 器！它能有效连接物联 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，物联无线中继器无需接入网线，就可自行中继组 网，扩散网络信号，让您的网络灵活顺畅运行，保障您的所有设备正常运行。 四、系统功能描述 4.1 数据采集 温室内温度、湿度、光照度、土壤含水量等数据通过有线或无线网络传递 给数据处理系统，如果传感器上报的参数超标，系统出现阈值告警，并可以

38、自 动控制相关设备进行智能调节。 4.1.1 温度、湿度检测流程图 温湿度控制系统流程图如下图所示 数据采集部分数据流程图： 客户端数据部分数据流程图： 4.2 视频监控 用户随时随地通过 3G 手机或电脑可以观看到温室内的实际影像，对农作物 生长进程进行远程监控。 4.3 数据存储 系统可对历史数据进行存储，形成知识库，以备随时进行处 理和查询。 4.4 数据分析 系统将采集到的数值通过直观的形式向用户展示时间分布状况（折线图） 和空间分布状况（场图） ，提供日报、月报等历史报表。 4.5 远程控制 用户在任何时间、任何地点通过任意能上网终端，均可实现对温室内各种 设备进行远程控制。 4.6

39、 错误报警 系统允许用户制定自定义的数据范围，超出范围的错误情况会在系统中进 行标注，以达到报警的目的。 4.7 统一认证 系统实现统一认证、集中管理控制，包括用户管理、设备管理、认证管理、 权限管理等功能。 4.8 手机监控 3G 手机可以实现与电脑终端同样的功能，实时查看各种由传感器传来的数 据，并能调节温室内喷淋、卷帘、风机等各种设备。 五、智能农业体系结构图 5.1 系统总体结构设计 智能农业控制系统是以ZigBee技术为基础综台Intnet络通信技术、GPRS无 线通信建立起来的一套完整的农业控制系统。设训目的是将农业中的设各连接 到网络之中，使传统农业设各具有网络化、自动化、智能化

40、的新特征。本系统 需要在农业设备之上安装与之功能相对应的节点模块，这些节点模块包括了传 感器、执行器和通信模块。 从功能层次来分，智能农业系统一般由农业设备节点、主节点、网关、终端 控制。从网络层次上分为外部网络和内部网络两部分，分 别对应 Intemet 网和 ZigBee 网络。 系统总体框图如图所示： Internet 设备节点： 包括以下三部分部件：射频收发模块、运算和控制单元、传感和执行模块。 射频收发模块作为系统中各网络节点的通信接口，进行网络中各节点设备的网 络 无线连接和无线数据或指令的收发。节点终端的传感和执行模块，主要进行情 况的探测、三表数据的采集、对各种网络农场电的控制

41、。这种控制或者检测功 能需要通过运算和控制单元操作完成。在本系统中农业设备节点的硬件核心为 基于CC2430的ZigBee无线收发模块。 在农业子网中网络协调器FFD设备充当农业主节点，FFD负责监督网络的正 常运行，由它主导ZigBee无线传感器网络的建立，完成网络的初始化、设备控 制、数据采集等功能。子网中精简功能设备充当农业设备节点，主要完成传感 采集、查询响应等功能，农业设备节点相互之间不能进行通信，只能与农业主 节点进行通信。农业主节点与农业网关之间使用串口连接，可将数据上传到农 业网关中。 农业网关是智能农业控制系统的核心部分，主要完成农业内部网络各种设备之 间的信息交换和信息共享

42、，以及同外部通信网络之间的数据交换功能，同时网 关一般还负责农业农业设备的管理和控制。 外部网络： 农场控制网络 远程控制网络： 移动终端，控制屏幕， 计算机 （GPRS WIFI） 网关 农场主节 点 信息检测 设备 执行设备 智能农业系统提供高速Internet接入和GPRS无线广域网接口，使得用 户可以通过无线通信网络远程登录到农业网关智能农业管理系统，对系统进行 管理和控制，终端节点进行数据访问或者控制。 系统总体流程图： 感知，传输 控制，接受数据 系统整体数据流图： 数据流程描述： 各个节点模块将各自采集的信息经过处理之后通过农业控制子网传输到农 业控制中心，农业控制中心将信息上传

43、到农业网关，农业网关响应用户远程提 交的查询指令通过Intemet将结果反馈到用户手中的移动终端之上。用户的控制 指令按照相同的路径传输给节点模块执行设定操作。 5.2 分系统模块功能实现描述 5.2.1 智能农业远程控制网络 选用TCP协议，即传输控制协议作为网络通讯协议。TCP协议是面向连接的 协议，即进行网络传输时有一个连接的建立、维护和拆除的过程。在开始数据 传输前发送方必须先与接收方建立连接，确认连接建立后再行数据的传输；在 远程控制网络： 手机等移动终端，计 算机 （GPRS WIFI） 农业网 关（数 据处理） 农业主节 点（接收 数据，处 理） 设备 1 TCP/IP GPRS

44、 远程控制网络： 手机等移动终端，计 算机 （GPRS WIFI） 农业网 关（数 据处理） 农业主节 点（接收 数据，处 理） 串口 Zigbee 设备 1 数据传输过程中保持已建立的连接；数据传输完成后双方再断开连接，这样就 完成了一次完整的数据传输过程。在网络通信中通常使用Socket(套接字)来实 现数据的传输。 手机等移动端： 数据连接功能连接到当地的GPRS业务节点，然后通过GPRS网关接入 Internet，实现与农业网关的无线通信。 5.2.2 农业网关 农业内部网络采用的是基于ZigBee技术的轻量级的网络协议，要实现它与 Intemet等外部TCPIP网络之间的互联，必须有

45、一个用来完成协议转换的设备 或功能部件，作为这两种网络连接的桥梁，在本文设计的系统中这个桥梁便是 农业网关。农业网关是一个为用户提供各种农业控制服务的平台。农业网关对 外可以提供各种远程智能控制接VI，操作者可以通过手机移动终端连接到 Internet访问农业网关的相关接口，对农场中的农业设备节点进行数据访问或 者控制。它的内容主要包括：同志管理、数据交互、人机界面和对内通信。本 系统的农业网关利用6410或者PC，因为PC功能强大，支持多种设备接口，包括 了操作系统和应用软件、网络支持等，能很方便的实现控制和网关功能，还可 以根据实际需要定制软硬件和接口，使它的功能、可靠性和成本等各方面更适

46、 应智能农业系统的要求。相对PC来说，嵌入式不仅包括软件开发，还要完成大 量的硬件开发和调试工作，将会增加项目难度，并且降低系统的灵活性。来承 担，农业网关和农业主节点之间使用串口连接。 手机等移动终端，计 算机 TCP/IP GPRS 农业网 关（数 据处理）TCP/IP GPRS 串口 5.2.3 农业主节点 是农业控制网络的主控设备，要求必须由至少一个ZigBee网络的FFD设备组 成，一方面它主导农业内部网络建立的整个过程，主要包括系统初始化、网络 的建立、地址的分配和成员的加入、节点设备数据的更新、数据转发表、设备 关联表等几个方面，另一方面作为农业网关和设备节点之间的桥梁，完成农业

47、 网关和农业设备节点的通信。农业主节点作为协调器，处于ZigBee网络的最上 层，功能较为复杂，因此智能农业系统对农业主节点的硬件配置也有较高的要 求。系统上电后，农业主节点首先选择一个空闲信道，采集活动节点信息，并 为之分配一个唯一的节点号，完成系统地址表的初始化。系统运行过程中，农 业主节点要与众多设备节点进行通信，并对它们进行相应的控制。除此之外， 农业主节点必须能发现网络拓扑结构的改变，如设备节点的插入和拆除，修改 和维护网络地址表的信息，实现网络的自组织功能。利用CC2430芯片中心节点 的射频天线单元用来接收和发送电磁波信号，LCD显示模块用来显示网络状况、 显示接收到的数据与指令

48、信息，同时可配合按键模块，进行菜单界面的显示。 5.2.4 农业设备节点 是智能设备节点的底层终端主要包括三表计量节点、环境温度湿度监测和 控制节点、报警信号采集节点、农场电控制节点、灯光控制节点等。 。设备节点 单元主要包含射频收发块和传感器或受控终端以及两者之间的接口控制模块。 射频收发模块作为系统中各网络节点的通信接口，进行网络中各节点设备的无 线连接和无线数据或指令的收发。系统的终端传感或受控单元，主要进行环境 中温度、湿度等各种数据的采集、非法闯入、火灾或有毒气体等意外灾难情况 的探测以及对各种农场电设备的控制。 5.3 主体硬件选型 农业主节 点（接收 数据，处 理） 串口 zig

49、bee 5.3.1 ZigBee硬件选型 在介绍整个系统硬件设计之前，先介绍目前市场上的几款基于ZigBee技术 的硬件平台及其各自特点。在ZigBee技术联盟中， Ti，Chipcon，FreeScale，Philips等公司都是ZigBee标准制订的先驱。在射频 收发芯片方面，主要有Chipcon公司的CC24201。71，CC2430181和FreeScale 公司的MCl3192，MCl3193所提供的两大解决方案。另外，还有Jennie和 HelicoIll等公司开发的符合ZigBee规范的芯片和模块。 (1)Chipcon公司(目前已被TI公司收购)推出的CC2420，它是一款符合 IEEE802154规范的24GHz射频芯片，用来开发工业无线传感及农业组网等 PAN网络的ZigBee各种产品。同时，Chipcon公司还推出了一款专门针对ZigBee 技术的SoC芯片CC2430，它包含一个5l内核单片机与CC2420射频芯片。它基于 018um CMOS工艺制成，只需极少外部元器件，且性能稳定且功耗极低。另外， TI公司还提供免费的ZigBee协议栈zstack以及配套的开发工具，方便用户在 短期内开发适合于ZigBee的应用方案。 (2)飞思卡尔ZigBeeReady芯片