农业物联网技术与精准农业的发展

与传统方式相比，农业物联网监测系统为农田信息获取提供了一个崭新的思路。物联网是通过射频识别、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、将传感节点布设于农田等目标区域，网络节点大量实时、精确地采集温度、湿度、光照、气体浓度等环境信息，这些信息在数据汇聚节点汇集，网络对汇集的数据进行分析，帮助生产者有针对地投放农业生产资料等，从而更好地实现耕地资源的合理高效利用和农业现代化精准管理，推进农业生产的高效管理、提升农业生产效能。应用农业物联网监测系统重要组成的无线传感器网络进行农田土壤墒情信息获取可以满足快速、精确、连续测量的要求。无线传感器网络作为一种全新的信息获取和处理技术，凭借其低功耗、低成本、高可靠性等特点，已逐渐渗透到农业领域。

随着物联网的出现，对于实施农田精准作业过程，农田环境信息的采集则要求更加精确、及时。当前，农田信息获取的主要方式有：手持设备的人工获取方式、基于GPRS监测方式和基于WLAN监测方式等。利用手持设备人工打点，来获取农田土壤信息是最原始的方式，该方式不但需要耗费大量的人力、不具有实时性，而且数据的获取量有限，显然已不能满足当前农田土壤墒情监测的需求。而墒情监测系统主要由低功耗无线传感网络节点通过ZigBee白组网方式构成，实现土壤墒情的连续在线监测。主要包含两个重要部分：即环境区域内的无线网络部分及实现远程数据传输的通信网络部分。无线网络选择星型网络连接拓扑；远程数据传输采用Internet实现，采用嵌入式Internet接入技术实现无线网络与Internet网络通信；以土壤的温度、湿度等参数采集为模型完成监测区域内环境参数采集。从而满足精准农业作业对农田信息精确度、实时性等要求。

1、无线传感器网络监测系统整体框架

16x93 无线传感器网络系统包含两个重要部分，即农田环境区域内的无线网络部分及实现远程数据传输的通信网络部分。

每个Zigbee终端连接传感器完成数据采集，数据采集作为Zigbee应用层应用对象以端口形式与协议栈底层进行通信，数据从应用层传输到物理层。之后，物理层进行能量和空闲信道扫描检测空闲信道，当得到空闲信道，物理射频模块将数据以无线电波形式无线发送。协调器射频模块接收到数据包，物理层通知上层接收到数据，数据从物理层又逐层向上层传输，每向上一层就去掉下层的包头、包尾以这种形式将数据包解包。当数据传输到协调器应用层，数据通过串口发送到网络模块，网络模块采用网络协议与Internet网络连接，实现无线网络与Internet网络的对接。

2、无线传感器节点设计

本研究传感器节点具有端节点和路由的功能。一方面实现数据采集和处理；一方面实现数据融合和路由，对本身采集的数据和收到的其他节点发送的数据进行综合，转发路由到网关节点。传感器网络节点由处理器单元、无线传输单元、传感器单元和电源模块单元四部分组成。处理器单元是无线传感器节点的核心，与其它单元一起完成数据采集、处理和收发；无线通信单元完成数据包的收发；传感器模块完成环境数据的采集转换；电源模块为整个节点系统提供能源支持。

3、 系统技术指标

微功耗无线传感器技术指标：1．功率为10roW；2．接收时电流<18mA，发射电流小于或等于40mA；3．多信道模块标准配置提供4个信道；4．组网功能，达128只无线传感器的网络；5．接口波特率为1200／2400／4800／9600／19200Bit／s，可设置；6电池选配450mAh。无线传感器节点网络设计采用Zigbee协议，采用星型拓扑结构。该无线传感器网络监测系统在开发成功后，除区域农田土壤墒情信息监测之外，还可以广泛应用于粮食储备仓库及蔬果、蛋肉存储仓库的温度、湿度控制；厂房环境的温度、湿度控制；实验室环境的温度、湿度控制等方面，随着物联网应用范围的扩大，其市场应用十分广阔。

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