物联网结课论文

1、-. z物联网技术在蔬菜温室大棚生产中的应用班级：*：2016年12月25日目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc470547140一绪论 PAGEREF _Toc470547140 h 1HYPERLINK l _Toc4705471411.1 研究背景及意义 PAGEREF _Toc470547141 h 1HYPERLINK l _Toc4705471421.2 国外研究现状 PAGEREF _Toc470547142 h 1HYPERLINK l _Toc4705471431.3 国研究现状 PAGEREF _Toc470547143 h 1HYPERL

2、INK l _Toc470547144二农业物联网及其关键技术 PAGEREF _Toc470547144 h 1HYPERLINK l _Toc4705471452.1 农业物联网的概念 PAGEREF _Toc470547145 h 1HYPERLINK l _Toc4705471462.2 农业物联网关键技术 PAGEREF _Toc470547146 h 1HYPERLINK l _Toc4705471472.3 物联网技术在农业生产中的有效应用 PAGEREF _Toc470547147 h 1HYPERLINK l _Toc470547148三物联网技术在蔬菜温室大棚的应用PAGE

3、REF _Toc470547148 h 1HYPERLINK l _Toc4705471493.1 蔬菜温室大棚控制系统构建 PAGEREF _Toc470547149 h 1HYPERLINK l _Toc4705471503.2 蔬菜温室大棚物联网自动控制系统 PAGEREF _Toc470547150 h 1HYPERLINK l _Toc4705471513.2.1 数据采集系统 PAGEREF _Toc470547151 h 1HYPERLINK l _Toc4705471523.2.2 数据传输系统 PAGEREF _Toc470547152 h 1HYPERLINK l _Toc

4、4705471533.2.3 数据分析系统 PAGEREF _Toc470547153 h 1HYPERLINK l _Toc4705471543.2.4 生产操作系统 PAGEREF _Toc470547154 h 1HYPERLINK l _Toc4705471553.3 蔬菜温室大棚控制系统的主要功能 PAGEREF _Toc470547155 h 1HYPERLINK l _Toc4705471563.4 蔬菜温室大棚控制系统的具体工作 PAGEREF _Toc470547156 h 1HYPERLINK l _Toc470547157四结语 PAGEREF _Toc470547157

5、 h 1HYPERLINK l _Toc470547158五附录 PAGEREF _Toc470547158 h 1-. z一绪论1.1 研究背景及意义我国是一个农业大国，尽管农业作为我国的第一产业有着重要的地位。但是随着城市化、工业化的加快，导致目前农村务农人数不断下降，适龄劳动力大量涌入城市，在农村滞留的大量留守老人和儿童成为当前农村的现状。为了解决送种城市化的趋势所带来的农业生产经营模式的改变，政府大力推进地流转政策完善，使得原先的传统个体小规模农业模式慢慢转变成大规模合作社农场模式。在当前互联网思维得到广泛传播与承受的时代趋势下，通过科学技术手段和现代通讯手段来促进农业生产任务的完成成

6、为当前农业界理论和时间应用研究的热点1。在这种背景下，物联网技术的开展与兴起，为实现农业智能化、信息化提供了现实实践根底。从当前的社会开展格局来看，我国作为一个拥有庞大人口基数的农业国家，要满足十几亿人口需求量和要求质的农作物产品问题是一个大问题2。因此十二五规划明确提出了推进农业现代化，加快新农村建立，统筹城乡开展，加快开展现代农业这个观点，使得智能农业成为我国现代农业开展的主旋律，为我国大力推进现代农业提供了一种科技化开展的途径。推动着我国的传统农业向精细化和智能化演进。智能农业指的是在农产品的生产过程中，通过智力技术知识和各种类型的高科技信息的整理与合成、分析，从而使得信息和核也技术成为

7、农业开展的根底和核也，由此而衍生出一个以信息和技术咨询效劳为根底的农业新产业线，对农业的増长的奉献极为重要。从这个根本涵义来看，生产主体信息化与生产过程智能化构成了智能农业的整体。其中，生产主体信息化通过进展农村综合信息平台建立、农村信息效劳站建立、农村宽带普及工程、新型农民培训方案推进农村通讯网融合试点和农村信息化示工作让农业生产劳动者融入信息智能社会。而后者面向农业的生产过程，重点是通过引入新的智能技术收集农业信息，改善农业生产模式。通过大数据的统计，运用云计算和统计软件进展数据分析，针对当前的形式进展合理布局，力现将传统的粗放型农业向智能农业转型，由此提高农业生产效率及产品附加值等，提高

8、运营收益，创新赢利点，有效推进我国的农业产业进展进一步的升级。1.2 国外研究现状1999年，美国麻省理工学院Auto-ID实验室由于成功的实现了产品电子编码，因而提出了利用射频、无线网络与互联网进展整合，从而构建物物互联的物联系统。随后，国际电信联强ITU在1997年到2005年的几年间，发布了份ITU Internet Report研究报告。2005年，国际电信联盟还发布了物联网研究报告，对物联网进展了巧妙的概念的系统性构建，推动了物联网概念在全世界各国的推广，引起了人们的重视。不少财力雄厚的大公司积极对物联网技术进展了开发，并在物联网根底上进展的土壤构造转变、专用品种的培育、肥水灌溉管理

9、、农业大棚环境调控等方面研究可谓是成果累累；2007年，克尔斯博公司开发了一款监测系统，该系统为无线环境检测，可以实现对农业环境的全方位的实时监测，有全自动的智能灌溉、霜冻监测和施肥驱虫等功能，有效的提高了农产品的产出率。Fourtec公司基于传感数据记录与环境监测技术，建立起了智能化的设施大棚， Phyto-sensors group公司为了测量叶子温度、液流率、茎粗、果实大小、光合作用等各项作物生理参数而设置的高端植物传感技术，该技术集成了叶片温度、茎流水势、茎粗、光合和蒸腾传感系统。可见，基于计算机技术、技术、通讯技术的系统工程开发、大数据统计、信息决策系统、智能决策链等正在形成系统的研

10、究。在美国的智能农业圈中，构建了一个从大棚信息的采集到具体的大棚农业生态环境的信息的传输处理再到生态农业信息发布的分层体系生态构造。从而使农业生态环境信息系统得完整的构建，其在气候、土壤和水等数据方面的采集和发布作用得到了美方政府的认可和重视，高压雾化降温、加湿系统、湿帘降温技术在智能农业技术圈里拥有数一数二的地位。而法国的智能农业专家，开发出通信卫星空中数据搜集与反应、分析，能及时发现灾害气候，对地面接收站发出预告，并能对灾害可能引起的相应病虫害进展预测，让地面系统提前形成防御方案。并利用智能检测与实施系统进展土壤环境进展准确的数据分析，根据种植农作物的种类的不同具体需求，调节和改善种植环境

11、，不需要人工的全机械化自动化的施肥、灌概、打药。而荷兰还研发出一个针对智能大棚的自动化控制系统，可根据种植的农作物对不同季节、不同时刻的温湿度要求，通过终端的数据整合与分析来实现对大棚的温湿度、光线、二氧化碳浓度等数据进展适当的调整。在亚洲，日本智能农业专家开发出了智能栽培技术，计算机控制系统可通过对温度、湿度和肥料等多因素监测，并通过反应回的数据而进展系统的随时调节，将这些环境因子调控成在最适合大棚农作物生长发育的水平3。从欧美的研究现状到亚洲的研究现状来看，信息技术在智能农业大棚的建立和应用在全世界围不断的向前开展，其中所用的技术紧随世界科技潮流，走在科技的前沿。1.3 国研究现状随着物联

12、网在全球围得到了快速的开展，我国政府也开场重视物联网技术的研究与开展。2009年，当时的国务院总理温家宝在讲话中提出感知中国这一概念，这个概念的核心涵就是要在全国围大力开展物联网技术及在其根底上衍生开展的产业。2011年，在工信部发布的物联网十二五开展规划中可见，在我国，物联网的开展可促进我国经济的长足开展和社会的快速进步。而今，随着大数据、云计算、云储存等让风头正劲的互联网成为了产业升级的突破口。在此根底上的互联网农业，正式成为了目前智能农业物联网开展的前进方向。农业物联网是物联网体系的重要組成局部，是未来的产业蓝海，它是一个在农业生产、经营、效劳、管理、决策流程中坚决贯彻和执行智能化科技手

13、段的信息网络系统。有强大的物联网技术做奠基，农业物联网在建立农业生产规模化、集约型农业生产经营管理方式，控制农业生产环境因子，可在整个农业生产过程中起着积极的意义，是传统农业依靠新兴技术走向现代农业一个重要途径。二农业物联网及其关键技术2.1 农业物联网的概念农业物联网就是物联网技术在农业生产、经营、管理和效劳中的具体应用。按照物联网技术架构，农业物联网仍然通过感知传输应用的途径来实现在农业的应用。感知就是运用各类传感器，如温度传感器、湿度传感器、光传感器、PH 值传感器、CO 2 传感器等设备，广泛地采集大田种植、设施园艺、畜禽水产养殖和农产品物流等环境中的温度、相对湿度、PH 值、光照强度

14、、土壤养分、CO 2 浓度等物理量参数信息；传输就是建立数据传输和格式转换方法，通过局部的无线网络、互联网、移动通信网等各种通信网络交互传递，实现农业信息的有效传输；应用就是将获取的海量农业信息进展融合、处理，使技术人员对多个大棚的环境进展监测控制和智能管理，保证农作物有一个良好的、适宜的生长环境，到达增产、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的，进而实现农业生产集约、高产、优质、高效、生态和平安的目标。2.2 农业物联网关键技术按照物联网的技术架构，综合已有的技术研究，农业物联网关键技术主要包含农业信息感知技术、农业信息传输技术和农业信息处理技术4，如下列图2-1图2-1 农业物联网关键

15、技术2.3 物联网技术在农业生产中的有效应用虽然农业物联网技术逐渐成熟，在农业开展应用中具有广阔的前景，但是，物联网技术应用本钱较高，对于低利润、低效益的农业来说，显然存在市场推广困难的问题，所以，物联网技术比拟普遍的还是在设施农业上应用设施农业具有高投入高产出，资金、技术、劳动力密集型的特点。它利用人工建造的农业专用设施，使传统农业逐步摆脱自然的束缚制约，走向现代农业的规模化、工厂化，推动农业生产的生态、环保、平安，同时通过反季节新鲜农产品上市销售，打破传统农业的季节性限制，提高农产品经济效益，满足市场多元化、多层次的消费需求。其主要的设施包括玻璃或 PC 板连栋温室 ( 塑料连栋温室 )、

16、外遮阳连栋温室、塑料大棚、日光温室、小拱棚 ( 遮阳棚 ) 等，用于蔬菜、水果、花卉种植以及养殖业。其中，塑料大棚是我国南北方农业生产普遍采用的温室形式，塑料大棚的构造分为竹木构造、全竹构造、钢竹混合构造、钢管装配构造、钢管 ( 焊接 )构造以及水泥构造等。由于塑料大棚本钱相对日光温室较低，通风透光效果好，使用年限较长，农民专业合作社及农户易于承受。因此，在塑料大棚推广应用物联网技术，能够改变自然环境，为农作物生产提供相对可控制甚至最适宜的温度、湿度、光照、水肥等环境条件，从而在一定程度上摆脱对自然环境的依赖，进展有效的生产管理，是当前最具活力的现代新农业。三物联网技术在蔬菜温室大棚的应用3.

17、1 蔬菜温室大棚控制系统构建一个完整的蔬菜温室大棚自动控制系统包括数据采集、数据传输、数据分析和生产操作系统等局部，每个局部在蔬菜生产中具有不同的功能，这些功能组合起来完成蔬菜生产的全过程。图3-1所示是基于物联网技术的蔬菜温室大棚的自动化构造图。图3-1 基于物联网技术的蔬菜温室大棚的自动化构造图73.2 蔬菜温室大棚物联网自动控制系统3.2.1 数据采集系统数据采集系统由无线发射模块、太阳能电池板、支架、蓄电池等组成；现场的监测元件包括温度监测、湿度监测、CO 2浓度等监测元件。数据采集系统主要负责温室大棚部的光照、温度、湿度和土壤含水量以及视频等数据的采集和控制。3.2.2 数据传输系统

18、数据传输系统由数据采集传感器，包括温度传感器、湿度传感器、光照强度传感器、光合有效辐射传感器、土壤温湿度传感器、CO2 传感器、风向传感器等组成。传输方式：外部网络以基于 IP 网络技术和 GPRS 通信网络为根底进展传输；部网络则采用短距离、低功率的 ZigBee 无线通信技术。基于ZigBee 的无线传输模式中，传感器采集的数据通过ZigBee发送模块传送到中心节点上，同时，用户终端和一体化控制器间传送的控制指令也传送到中心节点上，中心节点再经过边缘网关将传感器数据、控制指令发送到上位机的业务平台。技术人员可以通过有线网络或无线网络访问上位机系统业务平台，实时监测大棚现场的传感器参数，控制

19、大棚现场的相关设备5。3.2.3 数据分析系统数据分析及显示局部包括电脑、软件、无线接收模块、报警系统，依据不同的环境、作物、生长期，实施不同的控制方案。3.2.4 生产操作系统该分系统包括的灌溉控制系统可进展滴浇灌和微喷雾系统的控制，实现远程自动灌溉；土壤环境监测系统则利用土壤水分传感器、土壤湿度传感器等来实时获取土壤水分、湿度等数据，为灌溉控制系统和温湿度控制系统提供环境信息；温湿度监控系统可利用高精度传感器来采集农作物的生长环境信息，设定环境指标参数，当环境指标超出参数围时，可自动启动风机降温系统、水暖加温系统、空气循环系统等，以进展环境温湿度的调节6。3.3 蔬菜温室大棚控制系统的主要

20、功能利用物联网技术建立的蔬菜温室大棚，主要的功能就是搭建温室大棚来控制蔬菜的生长环境，使蔬菜获得最正确的生长环境，增加产量，以实现跨季节的蔬菜培育。按照物联网技术的功能要求，蔬菜温室大棚控制系统的主要功能有8：1监测和告警功能。对温室大棚实时监测和告警是基于物联网的蔬菜温室大棚的根本功能。使用无线传感器可以实时采集大棚的环境因子，包括空气温度、空气湿度、土壤水分、土壤温度、光照强度等数据信息及视频图像信息，再通过 GPRS 网络传输到数据中心，为数据统计分析提供依据。对不适合作物生长的环境条件自动告警。2病虫害预警功能。监测影响大棚病虫害发生的关键因子，建立蔬菜温室大棚病虫害发生模型，利用智能

21、算法，实现对病虫害预测预报，并进展有针对性的防治指导。3植物成熟状况预报功能。根据农作物生长积温模型，预测植物各个生长期发育成熟程度、可收获程度。4远程设施控制功能。通过，远程控制蔬菜温室大棚的设施，可以对加热器、卷膜机、通风机、滴灌等设备远程控制，实现农业设施的远程手动或自动控制，从而改变大棚部的蔬菜生长环境。5远程生产指导功能。根据农作物生长模型库，对蔬菜温室大棚实时环境监测数据比照分析，高于作物生长的上限或低于作物生长下限，系统自动告警。6远程生产活动跟踪功能根据现场活动监测终端的报告，跟踪蔬菜生产生产活动完成的情况。3.4 蔬菜温室大棚控制系统的具体工作蔬菜温室大棚在蔬菜生产各个阶段的

22、应用按照不同蔬菜品种的生长特性和规律，农业专家或技术人员应根据该品种蔬菜生长所需的条件，如温度、湿度、光照等，制定出与之适应的蔬菜种植方案，利用物联网技术来调节控制，提高蔬菜种植的效率和加强蔬菜种植的精细管理。在蔬菜生产过程的各个阶段，主要抓好以下工作：1在蔬菜种植准备阶段，技术人员利用在温室大棚分布的传感器来分析实时土壤信息，以便选择适宜的蔬菜品种。2在育苗培育阶段，技术人员可以用物联网的技术手段采集温度、湿度的信息，进展高效的管理，从而应对环境的变化，保证蔬菜育苗在最正确环境中生长。如通过温度控制设备，对大棚进展升温和降温的调节。3在蔬菜生长环境上，可以利用物联网实时监测蔬菜生长的环境信息、养分信息和病虫害情况。利用相关传感器准确、实时地获取土壤水分、环境温湿度、光照情况，配合控制系统调理蔬菜生长环境，改善蔬菜生长的营养状态，及时发现蔬菜的病虫害爆发时期，维持其最正确生长环境条件。4在蔬菜生产管理上，技术人员可利用蔬菜大棚生产操作系统，对各大棚蔬菜浇水、施肥、加温、卷帘进展自动或手动控制，可以降低人工本钱，提高蔬菜种植的效益。5在蔬菜的收获阶段，技术人员也同样可以利用物联网的信息，把采集到的蔬菜生长的各种信息进展汇总，反应到