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物联网在农业上的应用是怎样的

传统农业的浇水、施肥、打农药等,农民完全凭经验、靠感觉,而今,越来越多的农业生产基地完全是另一番景象:瓜果蔬菜该不该浇水?施肥打药应该保持怎样的精确浓度?温度、湿度、光照、二氧化碳…

传统农业的浇水、施肥、打农药等,农民完全凭经验、靠感觉,而今,越来越多的农业生产基地完全是另一番景象:瓜果蔬菜该不该浇水?施肥打药应该保持怎样的精确浓度?温度、湿度、光照、二氧化碳如何进行有效监控及管理?一系列作物在不同生长周期曾被“模糊”处理的问题,都有信息化智能监控系统实时定量“精确”把关,农民只需要一个手机一个按钮,就能在无人化管理的过程中种好蔬果。

在这种趋势下,越来越多的农业开始智能化,从智能管理到远程灌溉,科学化的生长环境既保证了土壤及空间的最大利用率,对于瓜果蔬菜又保证了最佳生长环境及周期,从而收获更加绿色无公害蔬果,为客户带来可观的经济效益。

那么这一切,究竟是如何实现的呢?

一、数据层:传感器实现底层数据读取

对于菜园来说,空气的温湿度、土壤的温湿度、土壤的PH值、光照的强度以及空气二氧化碳等数据都是影响农作物生长质量的重要因素,因此,在最底层的数据层,我们需要首先获取到这些底层数据,因此,第一步传感器的选型尤为重要。

以土壤温湿度传感器为例,土壤的温湿度参数由于其特殊性,必须将传感器置于土壤中,所以选择外置传感器方式进行测量,为了提高测量的准确度和现场布置的便捷性,一般来说都是选用带有RS-485接口的传感器。

在土壤温湿度数据采集层面,传感器不仅需要有较高的测量精度,在防护等级方面,也要考虑是否可以完全浸没于水中长期使用,因为需要考虑到室外环境使用,目前大多数传感器都已经可以满足各类环境的使用要求。

除了土壤温湿度传感器,还有土壤PH值参数测量传感器,同理,PH值测量也必需要将传感器置于土壤中,因此也需要选用外置传感器的测量方式。

在环境空气参数的测量方面,一般包括空气温度、空气湿度以及光照强度,目前根据实际环境需要,可以采取单独测量的方式,也可以采取一体式测量的方式。目前市面上所有的空气环境传感器都是零下40度到零上80度之间,可以满足常规环境下的使用。

二、传输层:网关实现数据的采集及传输

当传感器将菜园的各个数据进行精确采集之后,数据会进行上报,在上报传输的过程中,MCU和网关成为底层数据与云端服务的关键中间层级,以菜园数据上报的通讯协议为ZigBee为例,那么MCU最好选择一个带有ZigBee模块的MCU。

物联网在农业上的应用是怎样的

图示:Ruff智慧菜园网关采集控制器

而为了有效隔离由于个别传感器的损坏造成整个RS-485通信链路的无法正常工作,菜园采集控制器会采用UART扩展的方式,扩展为4路UART,即分割为4路RS-485,并且每一路RS-485都具有短路、开路、防雷击等保护功能,在发生故障的时候,内置的控制器能够及时切断有故障的端口,保证每一路RS-485都能独立工作,达到互不干扰的效果。

数据通过控制器进行集合汇总及格式转换之后,网关则负责数据的接收及上传。以Ruff智能网关为例,网关的以太网和GPRS等远程通信功能,将本地局域网采集的信息发送到远端的服务器或云端,通过专家系统分析处理后分发的指令,通过Ruff智能网关发送到局域网内相应设备执行,服务器或云端同时做好数据的存储以及其他业务接口控制等。

Ruff智能网关的硬件资源如下所示:

◆处理器为TI公司AM3352CortexA8微处理器,工作频率600MHz;

◆芯片内置256MDDR3的SDRAM,256MB的用户可编程Flash;

◆板载基于SPI接口的256Mbit的可编程Flash;

◆板载64Kbit的基于I2C接口的eeprom;

◆2路100M自适应以太网;

◆4路RS-485或者RS-232接口;

◆2路USBHost接口

◆1路DB9调试串口

◆1路miniPCle

◆1个功能按键

◆2G/4G/GPS/WIFI/ZigBee(可选)

三、云服务:云端实现数据的存储及分析处理

当网关将数据进行上传发送到云端之后,云端会对数据进行分析及处理,包括土壤温湿度、土壤PH值、空气温湿度以及光照强度等环境参数数据,其次远程的灌溉控制、风机设备控制以及灯光设备控制等,也将通过网关进行指令数据上传。

1)将需要采集的数据通过光照传感器、空气温湿度传感器、二氧化碳传感器以及土壤温湿度传感器进行采集,准确获取农作物生长环境中的各项数据;

2)通过Ruff物联网节点将传感器采集到的各项数据通过ZigBee协议被Ruff物联网智能网关采集;

3)除了传感器获取各项环境数据,对于远程控制设备,也需要通过Ruff节点传输到网关;

4)Ruff物联网智能网关通过节点采集到各项数据之后,通过MQTT传输协议上传到云端,进行数据分析及处理;

5)云端分析处理完数据之后,反馈到终端应用,包括手机端及PC端等,让客户实时获取菜园农作物生长情况及远程管理;

6)此外,数据到达终端之后,还可以提供实时监测功能、曲线图功能以及数据导出功能,让客户全方位的了解菜园的生长情况。

四、终端应用:数据展示及远程管理控制

智慧农业通俗来说,就是利用各种物联网及信息化技术,让原本需要人为参与的农业作业升级为智能化无人管理模式,即利用一部手机或者一台电脑,即可随时随地监控获取菜园生长状态,一键解决灌溉浇水、温度光照调节等需求,因此智慧农业的最上层就是终端数据的展示及远程管理,即手机端或者PC端。

以福建萌公社智慧菜园服务商为例,客户可以通过手机APP获取菜园的气温、空气湿度、光照、土壤温度、土壤PH值等环境数据,进而了解菜园的生长趋势及质量,视频的接入使得客户更加能身临其境。

以远程灌溉为例,手机端将提醒菜园状态,当菜园到了浇水时间,则会提示“缺水了,可浇水”的指令,当点击按钮“我要浇水”时,菜园将自动打开灌溉设施,进行浇水。

除了手机端的菜园实时状态展示及监控,客户还可以在电脑端后台进行传感器及网关等设备的工作状态统一管理及维护,让客户只需要通过操作手机电脑即可种出最佳质量的瓜果蔬菜。

智慧农业的应用对于传统农业来说,既可以实现更加科学化的栽培又能对农作物的各项数据及养护进行精准化操控,让传统农业可以摆脱大量劳动力的输出成本,同时对于消费者来说,可以吃到更加绿色健康的瓜果蔬菜,未来,智慧农业将会更为普及到农业的各个领域。

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