序論：寫作是一種深度的自我表達(dá)。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來(lái)了一篇智能農(nóng)業(yè)論文范文，愿它們成為您寫作過(guò)程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

智能農(nóng)業(yè)論文:山東農(nóng)業(yè)大學(xué)圖書(shū)館RFID智能管理系統(tǒng)實(shí)施的基礎(chǔ)

摘 要：文章通過(guò)分析山東農(nóng)業(yè)大學(xué)圖書(shū)館實(shí)施RFID智能管理系統(tǒng)，介紹了圖書(shū)館RFID智能管理系統(tǒng)的原理和特點(diǎn)，根據(jù)山東農(nóng)業(yè)大學(xué)圖書(shū)館的實(shí)際情況對(duì)老舊圖書(shū)館館舍進(jìn)行改造，以適應(yīng)圖書(shū)館RFID智能管理系統(tǒng)要求，調(diào)整整個(gè)圖書(shū)館館藏結(jié)構(gòu)，以及與圖書(shū)館RFID智能管理系統(tǒng)相匹配的芯片加工和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)等一系列基礎(chǔ)工作，深刻解讀了圖書(shū)館實(shí)施RFID技術(shù)所需的圖書(shū)館基礎(chǔ)支持。

關(guān)鍵詞：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)圖書(shū)館 RFID技術(shù) 應(yīng)用基礎(chǔ)

目前國(guó)內(nèi)在圖書(shū)館管理系統(tǒng)中普遍采用的是“安全磁條+條形碼”的技術(shù)手段，以安全磁條作為圖書(shū)的安全保障，以條形碼作為圖書(shū)的身份證，雖然解決了圖書(shū)管理中的些許問(wèn)題，但是圖書(shū)順架、排架困難，讀者查找圖書(shū)以及館員清點(diǎn)館藏?cái)?shù)量繁瑣耗時(shí)，圖書(shū)館管理自動(dòng)化程度低，缺乏人性化，而且磁條容易消磁、老化，防盜效果差，安全系數(shù)低等一系列問(wèn)題需要解決；同時(shí)圖書(shū)館管理人員強(qiáng)烈意識(shí)到在新的形勢(shì)下，需要大幅度提高圖書(shū)館管理的信息化程度，現(xiàn)代圖書(shū)館需要做到圖書(shū)自動(dòng)盤點(diǎn)、自助借還，圖書(shū)區(qū)域定位、自動(dòng)分揀以適應(yīng)圖書(shū)館當(dāng)前發(fā)展的需要。因此，2012年山東農(nóng)業(yè)大學(xué)圖書(shū)館成功實(shí)施了RFID智能管理系統(tǒng)，圍繞RFID項(xiàng)目的實(shí)施圖書(shū)館開(kāi)展了許多基礎(chǔ)性的工作。

1 圖書(shū)館RFID智能管理系統(tǒng)的原理與特點(diǎn)

RFID是一種利用射頻通信實(shí)現(xiàn)的非接觸式識(shí)別技術(shù)，即無(wú)線射頻識(shí)別，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。它利用先進(jìn)的RFID技術(shù)，將門禁、校園卡、圖書(shū)標(biāo)簽、標(biāo)簽轉(zhuǎn)換裝置、自助借還機(jī)、移動(dòng)盤點(diǎn)平臺(tái)和館員工作站系統(tǒng)軟件融合為一體，實(shí)現(xiàn)了迄今最便捷的圖書(shū)管理自助功能。它具有以下特點(diǎn)。

（1）簡(jiǎn)化讀者借還書(shū)手續(xù)，縮短了圖書(shū)流通周期，提高圖書(shū)借閱率，提升圖書(shū)館服務(wù)水平，充分發(fā)揮圖書(shū)館公共服務(wù)職能。

（2）利用移動(dòng)盤點(diǎn)平臺(tái)為圖書(shū)館提供全新盤點(diǎn)模式，降低管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，大幅提高圖書(shū)盤點(diǎn)及錯(cuò)架圖書(shū)整理效率。

（3）圖書(shū)定位使讀者方便快捷查找錯(cuò)架圖書(shū)，挖掘出潛在圖書(shū)資源，提高圖書(shū)資料利用率。

（4）安全門禁系統(tǒng)支持離線與在線工作模式，未借出圖書(shū)通過(guò)門禁時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警，防止圖書(shū)被帶出圖書(shū)館，防盜技術(shù)更強(qiáng)，系統(tǒng)更安全、可靠。（如表1所示）

2 圖書(shū)館實(shí)施RFID智能管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)保障

隨著圖書(shū)館長(zhǎng)期的文獻(xiàn)積累，無(wú)限增長(zhǎng)的館藏文獻(xiàn)和有限的圖書(shū)館館舍面積成為制約圖書(shū)館發(fā)展的尖銳矛盾；同時(shí)也無(wú)法適應(yīng)RFID圖書(shū)館管理系統(tǒng)要求的一門式管理模式。圖書(shū)館首先對(duì)原有圖書(shū)館館舍進(jìn)行了大規(guī)模地改造工程，圖書(shū)館的原有建筑是框架結(jié)構(gòu)，大開(kāi)間、大跨度，改造工程只需要將原來(lái)各個(gè)獨(dú)立書(shū)庫(kù)、閱覽室的隔墻打開(kāi)，將其合并形成開(kāi)放式的借閱。

2.1 圖書(shū)館館舍的改造與利用

由于農(nóng)大圖書(shū)館是20世紀(jì)90年代建成的老式圖書(shū)館，隨著學(xué)校大規(guī)模的擴(kuò)招在校學(xué)生數(shù)量猛增，教師隊(duì)伍也隨之發(fā)展壯大，圖書(shū)館讀者群數(shù)量同時(shí)隨之增多，而圖書(shū)館館舍面積維持在原有的基礎(chǔ)上沒(méi)有大的改觀，使得圖書(shū)館借閱環(huán)境和閱覽空間緊張，同時(shí)對(duì)門廳進(jìn)行改造，安裝了RFID項(xiàng)目的安全門禁系統(tǒng)及電子大屏幕，充分利用圖書(shū)館有限的館舍面積，提升了圖書(shū)館的整體形象，同時(shí)改善了圖書(shū)館愉悅的學(xué)習(xí)環(huán)境、溫馨的文化氛圍和濃厚的人文氣息，為RFID項(xiàng)目的實(shí)施提供基礎(chǔ)。

2.2 圖書(shū)館文獻(xiàn)資源結(jié)構(gòu)的調(diào)整

2.2.1 首先對(duì)改造后的圖書(shū)館館藏文獻(xiàn)進(jìn)行館藏結(jié)構(gòu)調(diào)整

圖書(shū)館館員對(duì)各個(gè)時(shí)代的文獻(xiàn)資源進(jìn)行甄別，部分脫離時(shí)展的舊觀念、舊知識(shí)、舊技術(shù)以及部分老化、破損、低借閱率的圖書(shū)文獻(xiàn)進(jìn)行剔舊處理。調(diào)整初期遵循圖書(shū)館文獻(xiàn)剔舊工作的原則和規(guī)律，從該館整體館藏文獻(xiàn)的針對(duì)性、完整性、系統(tǒng)性、未來(lái)發(fā)展等方面綜合考慮，本著藏以致用，高效服務(wù)，發(fā)揮館藏功能，滿足讀者需求的原則，以及保持該館館藏文獻(xiàn)體系的完整性、科學(xué)性，館藏的專業(yè)性與任務(wù)相一致的原則，對(duì)原有館藏文獻(xiàn)保留了各個(gè)時(shí)期具有經(jīng)典性、代表性的著作，摒棄過(guò)時(shí)、陳舊的內(nèi)容和學(xué)術(shù)觀點(diǎn)，增強(qiáng)藏書(shū)活力和利用率，節(jié)約藏書(shū)空間，保證館藏文獻(xiàn)有效地反映最新知識(shí)和科技成果。

農(nóng)大圖書(shū)館是學(xué)校教學(xué)、科研的信息服務(wù)中心，具有符合學(xué)校教學(xué)、科研發(fā)展的館藏文獻(xiàn)特色。在長(zhǎng)期的圖書(shū)館館藏文獻(xiàn)建設(shè)中，突出與學(xué)校專業(yè)發(fā)展相適應(yīng)的館藏文獻(xiàn)的收藏；有超前服務(wù)的藏書(shū)思想，對(duì)于一些與學(xué)校專業(yè)設(shè)置相關(guān)的領(lǐng)域以及專業(yè)拓展的書(shū)籍，圖書(shū)館館員要有能力做出判斷，在藏書(shū)剔舊過(guò)程中，對(duì)于非專業(yè)性圖書(shū)的剔除從寬處置，一般普及性圖書(shū)及發(fā)展較快的應(yīng)用科學(xué)圖書(shū)，保存期可以短些，而對(duì)于專業(yè)性圖書(shū)的剔除要從嚴(yán)處置，避免造成文獻(xiàn)的流失。并在工作過(guò)程中按照該館文獻(xiàn)剔舊工作統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，如，內(nèi)容陳舊，不宜久藏的圖書(shū)；復(fù)本量過(guò)多，長(zhǎng)期壓架無(wú)人利用的圖書(shū)；破損的、質(zhì)量低劣的圖書(shū)；專業(yè)不對(duì)口的圖書(shū)，圖書(shū)館館員根據(jù)該館讀者需求、館藏特色對(duì)部分圖書(shū)進(jìn)行剔舊，同時(shí)設(shè)置密集書(shū)庫(kù)。對(duì)尚有一定參考、利用價(jià)值的書(shū)刊，做下架處理，移至密集書(shū)庫(kù)，并在自動(dòng)化系統(tǒng)中，標(biāo)明此書(shū)在密集庫(kù)，以供少數(shù)讀者查閱。這樣既保留了館藏資源，又使得館藏資源不流失。優(yōu)化了館藏結(jié)構(gòu)。

2.2.2 對(duì)剔舊后的圖書(shū)文獻(xiàn)資源進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)調(diào)整，以適應(yīng)圖書(shū)館RFID技術(shù)的應(yīng)用

對(duì)于原有圖書(shū)館館藏結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面調(diào)整，按照?qǐng)D書(shū)館RFID智能管理系統(tǒng)的要求，圖書(shū)館將實(shí)行開(kāi)放式、一門式服務(wù)，根據(jù)改造后圖書(shū)館館舍的實(shí)際情況，對(duì)原圖書(shū)館各書(shū)庫(kù)、閱覽室的圖書(shū)、期刊文獻(xiàn)資源進(jìn)行調(diào)整、合并，按照大類分別放置，保存了原有工具書(shū)庫(kù)，將其與過(guò)期期刊合并存放成為綜合借閱室，而現(xiàn)刊則根據(jù)圖書(shū)按照大類歸屬于各個(gè)書(shū)庫(kù)，形成了以第一和第二自然科學(xué)借閱室，以及第一和第二社會(huì)科學(xué)借閱室和綜合借閱室為基礎(chǔ)的開(kāi)放式服務(wù)模式，滿足了圖書(shū)館RFID智能管理系統(tǒng)借閱模式的需求。

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)選用的是遠(yuǎn)望谷集團(tuán)公司的圖書(shū)館RFID智能管理系統(tǒng)，必須通過(guò)標(biāo)簽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將RFID唯一識(shí)別信息與圖書(shū)唯一條形碼信息實(shí)施綁定，并將RFID技術(shù)與現(xiàn)有圖書(shū)館管理系統(tǒng)（ILAS）掛接，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖書(shū)、讀者詳細(xì)信息的訪問(wèn)，從而將RFID技術(shù)集成到現(xiàn)有圖書(shū)館管理（ILAS）系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有圖書(shū)管理軟件（ILAS）的無(wú)縫鏈接。因此，圖書(shū)館需將調(diào)整合并后的圖書(shū)館文獻(xiàn)資源進(jìn)行加工、整理，對(duì)缺失書(shū)標(biāo)的圖書(shū)補(bǔ)貼書(shū)標(biāo)，有利于順架工作的開(kāi)展，將完成調(diào)整的圖書(shū)由原來(lái)的館藏地點(diǎn)轉(zhuǎn)換到新的館藏地點(diǎn)，即轉(zhuǎn)館藏，對(duì)每一本圖示進(jìn)行夾芯片（RFID電子標(biāo)簽）工作，并通過(guò)標(biāo)簽轉(zhuǎn)換裝置將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換到芯片（RFID電子標(biāo)簽）上，就是轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，這些工作的順利完成使圖書(shū)館原有的條形碼借閱模式改為圖書(shū)芯片借閱模式，為RFID技術(shù)在圖書(shū)館的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)保障。

3 圖書(shū)館實(shí)施RFID智能管理系統(tǒng)的體會(huì)

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)校本部圖書(shū)館實(shí)施RFID圖書(shū)館智能管理系統(tǒng)，安裝聲光報(bào)警系統(tǒng)以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)，極大地提高了圖書(shū)館的安防能力，改變了借閱模式和管理模式，由獨(dú)立分散管理變?yōu)殚_(kāi)放式統(tǒng)一管理，由各獨(dú)立個(gè)庫(kù)室變?yōu)椴亟栝喓弦坏慕栝喣Ｊ剑黾娱営[桌椅，增加館藏面積，優(yōu)化館藏結(jié)構(gòu)，提高館藏質(zhì)量，增強(qiáng)讀者的自由度，實(shí)現(xiàn)了圖書(shū)精確定位，便于讀者快速查找，自助借還模式方便讀者借閱，提高館員服務(wù)水平。為便于整個(gè)圖書(shū)館的統(tǒng)一管理，建議南校區(qū)圖書(shū)館可以實(shí)施RFID系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)圖書(shū)館統(tǒng)一借閱模式、統(tǒng)一管理模式，方便讀者利用圖書(shū)館，提高圖書(shū)利用率，節(jié)約圖書(shū)館館舍，提高館藏?cái)?shù)量和質(zhì)量，提升圖書(shū)館的服務(wù)水平。

4 結(jié)語(yǔ)

圖書(shū)館RFID智能管理系統(tǒng)的順利實(shí)施，簡(jiǎn)化了讀者借還圖書(shū)的手續(xù)，改變了圖書(shū)借還流程，變手工借還為自助借還，改進(jìn)了圖書(shū)館讀者服務(wù)質(zhì)量，縮短了圖書(shū)流通周期，提高了圖書(shū)的流通率；為圖書(shū)館員提供了全新的盤點(diǎn)模式，即利用移動(dòng)式或手提式盤點(diǎn)系統(tǒng)，對(duì)所需盤點(diǎn)圖書(shū)的書(shū)架進(jìn)行掃描，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸將數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，快速地完成圖書(shū)盤點(diǎn)，極大地降低了圖書(shū)館館員的勞動(dòng)強(qiáng)度；RFID安全門系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)零誤報(bào)避免讀者與館員之間的矛盾，管理更加人性化，安全系數(shù)大大提高；同時(shí)RFID館員工作站打造一體化的圖書(shū)管理系統(tǒng)，極大地減輕了圖書(shū)館員在藏書(shū)管理和流通服務(wù)上的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了圖書(shū)館的服務(wù)水平。

智能農(nóng)業(yè)論文:農(nóng)業(yè)機(jī)器人智能充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要： 針對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器人的充電現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了基于PIC16F887和UCC3895的農(nóng)業(yè)機(jī)器人智能充電系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用UCC3895對(duì)全橋變換器進(jìn)行移相控制，在較寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了軟開(kāi)關(guān)。采用單片機(jī)PIC16F887控制充電電路的啟停以及實(shí)現(xiàn)過(guò)壓、欠壓、過(guò)流保護(hù)，并對(duì)充電過(guò)程進(jìn)行了實(shí)時(shí)管理，將充電數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示并向上位機(jī)傳輸保存。實(shí)驗(yàn)證明，充電系統(tǒng)功能完善、性能穩(wěn)定、充電快速、功耗低。

關(guān)鍵詞： 農(nóng)業(yè)機(jī)器人； ZVS； UCC3895； PIC16F887； 充電控制

0 引 言

中國(guó)作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模化和精準(zhǔn)化是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)水平的重要標(biāo)志。農(nóng)業(yè)機(jī)器人在改善農(nóng)民勞動(dòng)環(huán)境、降低農(nóng)民勞動(dòng)強(qiáng)度和提高勞動(dòng)效率等方面具有重要意義，尤其在育苗、采摘、灌溉、收獲等方面得到了一定程度的應(yīng)用 [1?2]。因此國(guó)家已把農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用列為農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的重點(diǎn)研發(fā)對(duì)象之一。但農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)在推廣過(guò)程中受到了時(shí)間和空間的限制，其主要原因就是機(jī)器人動(dòng)力源問(wèn)題。因此作為機(jī)器人動(dòng)力源的蓄電池以及能量補(bǔ)給的充電系統(tǒng)就顯得尤為重要[3]。調(diào)查表明，現(xiàn)在的蓄電池由于充電設(shè)備落后、充電方法不當(dāng)導(dǎo)致其使用壽命只有2～3年，遠(yuǎn)低于其設(shè)計(jì)指標(biāo)10～15年的要求，既增加了使用成本又造成了資源的極大浪費(fèi)。

目前，一般的蓄電池充電系統(tǒng)完成一次充電需要8～12 h，顯然無(wú)法滿足機(jī)器人對(duì)充電系統(tǒng)的要求以及生產(chǎn)的需要。因此設(shè)計(jì)一種快速、高效和安全的智能充電系統(tǒng)是農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)得到大力發(fā)展的重要前提。本文以80 V機(jī)器人車載鉛酸蓄電池為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了基于UCC3895和PIC16F887的充電系統(tǒng)，此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了充電過(guò)程的高效、快速、穩(wěn)定并具有充電過(guò)程管理功能。

1 充電系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

為了做到高效快速的充電，又能實(shí)時(shí)掌握整個(gè)充電過(guò)程電池的狀態(tài)，充電系統(tǒng)由兩個(gè)模塊組成：上位機(jī)監(jiān)控管理模塊和下位機(jī)充電模塊。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

本系統(tǒng)的核心是充電模塊，主要由充電主電路和控制電路組成。充電主電路由輸入整流濾波、DC/DC變換器、輸出整流濾波三部分組成；控制電路由UCC3895控制芯片、單片機(jī)PIC16F887、檢測(cè)電路和外圍電路組成。系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)充電電壓和充電電流實(shí)現(xiàn)電壓、電流的閉環(huán)控制；上位機(jī)監(jiān)控管理模塊完成與單片機(jī)的通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)充電電壓、電流以及電池溫度等數(shù)據(jù)的顯示保存，并為后期系統(tǒng)功能的改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支持。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 充電主電路的設(shè)計(jì)

三相交流電經(jīng)輸入濾波、整流后得到直流電壓，該直流電壓又作為DC/AC逆變器的母線輸入。經(jīng)DC/AC逆變器變換后得到高頻脈沖電壓，再由高頻變壓器進(jìn)行隔離變換，經(jīng)過(guò)輸出整流濾波得到充電所需的直流電壓。

本文采用ZVS移相全橋變換器作為逆變器，其工作波形[4]如圖2所示。其主電路拓?fù)涫抢瞄_(kāi)關(guān)管的輸出電容或外接并聯(lián)電容與變壓器自身的漏感或原邊串聯(lián)電感進(jìn)行諧振，諧振電感儲(chǔ)存的能量向電容[C1～C4]釋放，使開(kāi)關(guān)管兩端電壓下降到零并使反向并聯(lián)二極管導(dǎo)通，由此實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管零電壓開(kāi)通和關(guān)斷。系統(tǒng)選用IGBT模塊作為開(kāi)關(guān)器件，為了減小大電壓和大電流對(duì)IGBT的沖擊，設(shè)計(jì)了RC吸收電路[5]。

2.2 充電控制電路設(shè)計(jì)

2.2.1 檢測(cè)及信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)

輸入檢測(cè)電路主要負(fù)責(zé)采集母線電壓與電流信號(hào)。信號(hào)處理電路1將此模擬信號(hào)進(jìn)行變換送入U(xiǎn)CC3895的CS端，實(shí)現(xiàn)對(duì)全橋變換器滯后臂驅(qū)動(dòng)信號(hào)占空比的控制；并將其變換后送入PIC16F887的A/D輸入端，實(shí)現(xiàn)對(duì)充電主電路的過(guò)壓、欠壓和過(guò)流保護(hù)。輸出檢測(cè)電路[6]主要負(fù)責(zé)采集充電電壓、電流、溫度信號(hào)，信號(hào)處理電路2將得到的模擬信號(hào)進(jìn)行變換后送入U(xiǎn)CC3895，實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)占空比和相位差的控制；并也將其送入PIC16F887的A/D輸入端，實(shí)現(xiàn)對(duì)充電主電路的啟停、顯示和報(bào)警控制。

2.2.2 UCC3895控制電路設(shè)計(jì)

本文選取UCC3895作為全橋變換器的移相控制芯片[7]。UCC3895芯片是Texas Instruments 公司生產(chǎn)的專用PWM移相全橋變換器新型控制芯片。該芯片在UCC3875的基礎(chǔ)上增加了PWM軟關(guān)斷能力與自適應(yīng)死區(qū)設(shè)置功能，能夠適應(yīng)負(fù)載變化時(shí)不同準(zhǔn)諧振條件下的軟開(kāi)關(guān)要求。UCC3895采用低功耗的BICMOS工藝，其工作頻率、效率、可靠性得到大幅度提高。通過(guò)連接不同的外圍電路，使其電壓工作模式和電流工作模式可以進(jìn)行切換，并且軟啟動(dòng)/軟停止可按要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。

UCC3895主要功能是實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。母線電流經(jīng)檢測(cè)和變換后送至UCC3895的CS端，如果母線電流增大，CS電壓升高形成斜波信號(hào)，該信號(hào)與UCC3895的CT引腳產(chǎn)生的鋸齒信號(hào)比較后送UCC3895進(jìn)行計(jì)算，輸出可改變占空比的滯后臂驅(qū)動(dòng)信號(hào)。如果母線電流瞬間增大，使CS引腳的電壓超過(guò)2.5 V，UCC3895就會(huì)關(guān)斷PWM輸出。從而防止過(guò)流燒毀IGBT器件。

UCC3895還內(nèi)置了可以調(diào)節(jié)PWM輸出占空比的誤差放大器EA，它在UCC3895上有3個(gè)端口：EAP端pEAN端和EAOUT端。當(dāng)EAOUT端輸出小于500 mV時(shí)，UCC3895停止PWM輸出，當(dāng)EAOUT端輸出大于600 mV時(shí)，恢復(fù)PWM占空比調(diào)節(jié)功能。在本設(shè)計(jì)中，誤差放大器EAN和EAOUT接成跟隨電路，將充電電壓、電流信號(hào)經(jīng)檢測(cè)和變換后送至UCC3895誤差放大器EAP端，當(dāng)充電電壓或電流大于給定值時(shí)，EAP電壓減小，導(dǎo)致EAOUT電壓下降，UCC3895自動(dòng)增加超前臂和滯后臂驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相位差。UCC3895控制框圖如圖3所示。

2.2.3 單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)

本文選用美國(guó)微芯科技公司生產(chǎn)的PIC16F887單片機(jī)作為充電系統(tǒng)控制芯片[8?9]。PIC16F887自帶A/D轉(zhuǎn)換功能，將檢測(cè)電路采集的充電電壓、電流和溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過(guò)程序控制IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比，并把數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示的同時(shí)傳給PC機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)。將采集的母線電流、電壓信號(hào)變換成數(shù)字量，通過(guò)程序完成主電路的過(guò)壓、欠壓和過(guò)流保護(hù)。

2.3 通信接口電路設(shè)計(jì)

由于單片機(jī)與上位機(jī)的接口電平不同，因此通信電路采用RS 232總線技術(shù)和美信MAX232轉(zhuǎn)換芯片，既實(shí)現(xiàn)了20 m左右的異步通信，又實(shí)現(xiàn)了充電過(guò)程中蓄電池的充電電壓、電流和溫度等信息的保存。上位機(jī)與下位機(jī)通信RS 232接口電路如圖4所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 單片機(jī)控制程序設(shè)計(jì)

充電系統(tǒng)以硬件電路為基礎(chǔ)[10]，通過(guò)程序控制完成了預(yù)充電、大電流恒流充電、恒壓充電、小電流恒流充電和涓流充電五個(gè)充電階段，充電程序控制流程如圖5所示。

3.2 人機(jī)交互界面軟件設(shè)計(jì)

充電系統(tǒng)上位機(jī)人機(jī)交互界面以VC作為開(kāi)發(fā)工具。通過(guò)模塊化劃分管理，設(shè)置了登陸、電池充電狀態(tài)、充電數(shù)據(jù)、打印記錄等菜單。用戶可以清晰地掌握蓄電池的充電狀態(tài)、充電電壓、充電電流、溫度等信息。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)不斷的計(jì)算和調(diào)試，使電路參數(shù)設(shè)計(jì)達(dá)到了最優(yōu)。圖6和圖7表明輕載時(shí)超前臂和滯后臂的IGBT都實(shí)現(xiàn)了ZVS，大大降低了充電電路的功率損耗，提高了充電效率。

5 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)了農(nóng)業(yè)機(jī)器人充電系統(tǒng)的主電路和控制電路，編寫了相關(guān)控制程序，實(shí)現(xiàn)了五階段智能充電。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)采用UCC3895和PIC16F887對(duì)全橋變換器進(jìn)行移相控制，實(shí)現(xiàn)了IGBT模塊的ZVS，大大降低了功率損耗。實(shí)驗(yàn)證明，此充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，充電快速，充電效率高，功能完善，具有廣闊的應(yīng)用前景。

智能農(nóng)業(yè)論文:基于ZigBee與GPRS的智能農(nóng)業(yè)傳感節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

【摘要】 本文設(shè)計(jì)了一個(gè)可以遠(yuǎn)程采集農(nóng)業(yè)大棚中光照強(qiáng)度、空氣溫濕度以及土壤溫濕度的智能農(nóng)業(yè)傳感節(jié)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)通過(guò)使用CC2530芯片和SIM600A芯片，將ZigBee協(xié)議與GPRS協(xié)議相結(jié)合，使得傳感節(jié)點(diǎn)同時(shí)兼具終端節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)雙重功能。經(jīng)過(guò)測(cè)試，本設(shè)計(jì)具有采樣精度高、組網(wǎng)快、組裝方便等特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】 CC2530 ZigBee 智能農(nóng)業(yè) 傳感節(jié)點(diǎn) GPRS

一、引言

現(xiàn)代社會(huì)早已進(jìn)入信息化的時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在逐漸向工業(yè)、商業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生、交通、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域滲透。同時(shí)，具有無(wú)線傳感、遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)組網(wǎng)及智能計(jì)算的傳感網(wǎng)絡(luò)極大地方便了人們的生產(chǎn)與生活。調(diào)查顯示，我國(guó)目前的農(nóng)業(yè)智能化普及率只有不到1%，但是市場(chǎng)需求年增長(zhǎng)接近50%，由此可見(jiàn)智能農(nóng)業(yè)還有極大的發(fā)展空間。本文設(shè)計(jì)了一種基于CC2530芯片的智能農(nóng)業(yè)傳感節(jié)點(diǎn)，通過(guò)使用低功耗、可靈活組網(wǎng)的ZigBee技術(shù)以及可以連接互聯(lián)網(wǎng)的GSM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程采集農(nóng)業(yè)大棚里的光照強(qiáng)度、空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度和土壤濕度的功能。傳感節(jié)點(diǎn)采用低功耗設(shè)計(jì)，成本低廉，可以輕松地推廣。

二、原理與結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的智能農(nóng)業(yè)傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需要實(shí)現(xiàn)環(huán)境傳感和無(wú)線傳輸兩大功能。環(huán)境傳感既采集農(nóng)業(yè)大棚里的環(huán)境光照強(qiáng)度、空氣溫濕度以及土壤溫濕度。無(wú)線傳輸上，本文設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)終端節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)兩種角色。終端節(jié)點(diǎn)只能采集數(shù)據(jù)并發(fā)送給中繼節(jié)點(diǎn)，而中繼節(jié)點(diǎn)不僅保留采集數(shù)據(jù)的功能，還可以匯集終端節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的數(shù)據(jù)，并通過(guò)GSM模塊將數(shù)據(jù)傳送到互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器。此外，本設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)還可以通過(guò)顯示屏實(shí)時(shí)顯示采集的結(jié)果。主控制器采用低功耗的MSP430芯片。整個(gè)系統(tǒng)由5V電源適配器通過(guò)DC005接口直接接入供電。圖1中給出了本設(shè)計(jì)無(wú)線智能農(nóng)業(yè)節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)原理圖。

三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1環(huán)境物理量傳感器模塊

圖2 SHT11與主控制器通信電路示意圖

空氣溫濕度采用瑞士進(jìn)口的SHT11芯片進(jìn)行測(cè)量，該芯片溫濕度反應(yīng)靈敏、誤差小、各項(xiàng)指標(biāo)均高于國(guó)產(chǎn)DHT22等溫濕度模塊。資料給出，該芯片的濕度測(cè)量范圍在0～100%RH，溫度測(cè)量范圍為-40～+123.8℃，其中濕度測(cè)量精度為 ±3%RH，溫度測(cè)量精度只有±0.4℃。此外，該芯片還具有響應(yīng)時(shí)間快及低功耗的優(yōu)勢(shì)。圖2為該芯片與主控制器之間的通信電路示意圖。

由于其具有可完全浸沒(méi)的特點(diǎn)，故土壤傳感器我們也使用了SHT11作為主要芯片，并采用了銅粉燒結(jié)技術(shù)制作了外殼，用銅合金粉末高溫?zé)Y(jié)而成，過(guò)濾精度高，透氣性好。

光照傳感器我們則采用了環(huán)境光傳感器BH1750，能夠直接通過(guò)光度計(jì)來(lái)測(cè)量環(huán)境光照強(qiáng)度，其量程為1～65535流明（注：光通量的單位）。圖3給出了BH1750芯片的電路原理圖。光照強(qiáng)度計(jì)算可以通過(guò)公式1表示：

L=COD/（1.2*ε*R） （1）

其中，L為實(shí)際值，CODE為測(cè)量值，ε為透光率，R為高精度模式2調(diào)整值。

3.2基于CC2530的無(wú)線傳感模塊

節(jié)點(diǎn)間通信采用TI的CC2530解決方案，它是一種集成了ZigBee協(xié)議棧與增強(qiáng)型8050內(nèi)核的無(wú)線通信芯片。該芯片采用ZigBee通信協(xié)議，可以通過(guò)實(shí)際情況配制成路由節(jié)點(diǎn)或者廣播節(jié)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)在主控MCU內(nèi)部完成中繼節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)的區(qū)分，終端節(jié)點(diǎn)將CC2530無(wú)線通信模塊配置為廣播模式，做為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，每一組約3-6個(gè)節(jié)點(diǎn)。其中包括一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，配置成中繼節(jié)點(diǎn)的傳感節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集能力。不同的是，普通節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)通過(guò)CC2530發(fā)送出去，而中繼節(jié)點(diǎn)則將收到的數(shù)據(jù)存入自己的內(nèi)存之中，在適合的時(shí)機(jī)下通過(guò)GPRS協(xié)議將數(shù)據(jù)傳送到互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器。

3.3基于SIM900A的GPRS模塊

節(jié)點(diǎn)與遠(yuǎn)程服務(wù)器的通信采用SIM900A模塊，內(nèi)部集成了GPRS功能，芯片與主控制器之間采用AT指令進(jìn)行通信。本設(shè)計(jì)通過(guò)使用SIM900A模塊的GPRS協(xié)議將數(shù)據(jù)傳送到指定服務(wù)器中。

四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的傳感節(jié)點(diǎn)將實(shí)現(xiàn)無(wú)線組網(wǎng)及中繼通信功能，此外還將采用低功耗設(shè)計(jì)。系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后將首先判斷自己的配置是終端節(jié)點(diǎn)還是中繼節(jié)點(diǎn)。如果是中繼節(jié)點(diǎn)則進(jìn)入休眠模式，由時(shí)鐘定時(shí)1分鐘喚醒一次。當(dāng)程序喚醒時(shí)將分別采集光照強(qiáng)度、空氣及土壤溫濕度存儲(chǔ)到部?jī)?nèi)部存儲(chǔ)器中，同時(shí)將數(shù)據(jù)發(fā)送給中繼節(jié)點(diǎn)。所有功能完成后再次進(jìn)入休眠模式，等待下一次喚醒。此外，主控制器還可以通過(guò)外部按鍵喚醒，喚醒后可以在15s內(nèi)持續(xù)顯示各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)。作為中繼節(jié)點(diǎn)的設(shè)備將始終保持正常運(yùn)行狀態(tài)，收到的終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)將保存在存儲(chǔ)器內(nèi)，一旦收到服務(wù)器的查詢指令即可立刻將數(shù)據(jù)傳送到互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器。程序流程見(jiàn)圖4所示。

五、系統(tǒng)測(cè)試

本設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)測(cè)試，可以發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)功能運(yùn)行狀態(tài)良好，采集的光照強(qiáng)度，空氣溫濕度以及土壤溫濕度均保持在誤差較少的范圍之內(nèi)。無(wú)線組網(wǎng)功能可靠性高，組網(wǎng)速度快。最終成果見(jiàn)圖5所示。

六、結(jié)論

本文根據(jù)現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r以及智能農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，提出了一種設(shè)備裝配簡(jiǎn)單，可自主組網(wǎng)、遠(yuǎn)程檢測(cè)農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)光照、空氣溫濕度及土壤溫濕度的智能農(nóng)業(yè)傳感節(jié)點(diǎn)產(chǎn)品。通過(guò)測(cè)試，本設(shè)計(jì)具有低功耗、傳感精度高、可快速組網(wǎng)并與互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器通信等優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)運(yùn)行可靠性高。

智能農(nóng)業(yè)論文:用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的智能傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

摘 要 本文實(shí)現(xiàn)了一種低成本、多參數(shù)、分布式、自組織的三層農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)高速率遠(yuǎn)程接入和信息共享的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測(cè)。本文描述了該系統(tǒng)的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)和智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的無(wú)人值守監(jiān)測(cè)功能。

【關(guān)鍵詞】農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng) 智能節(jié)點(diǎn) 環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的監(jiān)測(cè)由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的范圍大、氣候和環(huán)境多變，需要監(jiān)測(cè)內(nèi)容較多，一直是困擾農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)廣泛應(yīng)用的技術(shù)難題。

基于智能傳感器技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的綜合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)施的技術(shù)基礎(chǔ)和重要應(yīng)用。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境涉及到氣候、農(nóng)作物及其生產(chǎn)環(huán)境的眾多方面，需要的觀測(cè)量眾多，各觀測(cè)量所采用的傳感器技術(shù)、變送器方法各不相同，而且在分布范圍廣和監(jiān)測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)的情況下，智能傳感節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)需要綜合考慮安裝環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)連接、可用時(shí)間等眾多因素，設(shè)計(jì)一種能夠適用于多種節(jié)點(diǎn)類型，分布式布局、自組織網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，首先需要在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上采用靈活部署和分布式的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，然后是分布式的智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。具體監(jiān)測(cè)的參數(shù)包括大氣條件、土壤情況、病蟲(chóng)害和農(nóng)作物生長(zhǎng)形態(tài)等。

基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)，通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的無(wú)人值守的自組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，可以準(zhǔn)確感知農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境信息和作物信息。

本文介紹了一種基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案，可實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測(cè)。該環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用分布式的智能傳感器現(xiàn)場(chǎng)布局，這些傳感器節(jié)點(diǎn)可以準(zhǔn)確感知農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境信息和作物信息，通過(guò)自組織的Zigbee網(wǎng)絡(luò)，連接到上層的智能網(wǎng)關(guān)，組建農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，利用數(shù)據(jù)庫(kù)的共享功能，用戶可遠(yuǎn)程訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，獲取需要的信息，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。

1 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將Zigbee傳感器網(wǎng)絡(luò)與3G/4G 網(wǎng)絡(luò)融合并接入互聯(lián)網(wǎng)，系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：感知節(jié)點(diǎn)層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和業(yè)務(wù)應(yīng)用層。感知節(jié)點(diǎn)層由眾多分布式部署的感知節(jié)點(diǎn)組成，節(jié)點(diǎn)能夠搭載多個(gè)標(biāo)量及多媒體傳感器節(jié)點(diǎn)，在讀取農(nóng)業(yè)環(huán)境信息的同時(shí)，還能夠自組織構(gòu)成可自愈的高效無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，與上層的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)保持通信；網(wǎng)絡(luò)傳輸層的主要設(shè)備是智能農(nóng)業(yè)網(wǎng)關(guān)，有能夠收集下層感知節(jié)點(diǎn)的ZigBee主節(jié)點(diǎn)模塊和向上與互聯(lián)網(wǎng)連接的3G /4G無(wú)線傳輸模塊；業(yè)務(wù)應(yīng)用層的數(shù)據(jù)中心包括農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫(kù)和 Web服務(wù)器，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)保存，Web服務(wù)器負(fù)責(zé)向互聯(lián)網(wǎng)信息。系統(tǒng)的工作過(guò)程如下：智能感知節(jié)點(diǎn)主動(dòng)構(gòu)成自組織的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)融合后與智能網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，智能網(wǎng)關(guān)在保存數(shù)據(jù)內(nèi)容后，再通過(guò)3G/4G網(wǎng)絡(luò)向使用者提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，然后定期將數(shù)據(jù)上傳給上級(jí)監(jiān)管部門的數(shù)據(jù)服務(wù)器；上級(jí)監(jiān)管部門或農(nóng)業(yè)指導(dǎo)部門可以根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容形成報(bào)告提供給農(nóng)業(yè)從員者；各類用戶可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)終端訪問(wèn)該系統(tǒng)，查詢感興趣的農(nóng)業(yè)環(huán)境參數(shù)，如有可能，還可對(duì)部分可控節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制操作。

網(wǎng)絡(luò)傳輸層的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用類似于ZigBee的協(xié)議，智能農(nóng)業(yè)網(wǎng)關(guān)通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)與多個(gè)節(jié)點(diǎn)或路由器相連，構(gòu)成一個(gè)星形網(wǎng)絡(luò)。

在網(wǎng)絡(luò)接入?yún)f(xié)議的選擇上，系統(tǒng)可根據(jù)環(huán)境要求和應(yīng)用需要，自主切換到無(wú)線WIFI或3G/4G網(wǎng)絡(luò)，并在節(jié)能需要的情況下關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)開(kāi)關(guān)，形成速率自適應(yīng)和節(jié)能的網(wǎng)絡(luò)接入。

2 感知層的ZigBee智能感知節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

智能感知節(jié)點(diǎn)作為整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信息采集源頭，能夠?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)提供完整和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。節(jié)點(diǎn)能實(shí)時(shí)采集農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相關(guān)的環(huán)境信息與作物信息，并且能夠通過(guò)集成多種傳感器，搭建一個(gè)自組織的ZigBee網(wǎng)絡(luò)。其中的傳感器種類，包括大氣條件、氣象信息、土壤濕度、水環(huán)境PH值等標(biāo)量數(shù)據(jù)傳感器，以及為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者提供直觀影像的圖像傳感器（攝像頭）。經(jīng)由節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)首先在節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后經(jīng)由ZigBee網(wǎng)絡(luò)匯聚到網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)的智能網(wǎng)關(guān)。

考慮到各類傳感器節(jié)點(diǎn)的能耗、購(gòu)買成本、覆蓋范圍以及傳輸距離的限制，如攝像頭的能耗較大、價(jià)錢相對(duì)較貴，可以覆蓋較大范圍，一個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)安放一個(gè)攝像頭就可以滿足應(yīng)用的要求。因此不必在同一監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)上都采用同樣的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，可以分別連接不同的傳感器連接網(wǎng)關(guān)。

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)三層結(jié)構(gòu)的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用可靈活部署的智能節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了分布式的傳感網(wǎng)絡(luò)總局，實(shí)現(xiàn)了對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)和基礎(chǔ)農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集。具體采用了自組織的Zigbee網(wǎng)絡(luò)將廣泛分布在農(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)組織在一起，利用網(wǎng)絡(luò)傳送到智能網(wǎng)關(guān)給農(nóng)業(yè)從業(yè)人員使用。系統(tǒng)重點(diǎn)解決了在分布式環(huán)境下對(duì)于智能節(jié)點(diǎn)的可靠性可用性設(shè)計(jì)、冗余數(shù)據(jù)的融合處理和網(wǎng)絡(luò)的自組織問(wèn)題，是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一次成功應(yīng)用。

智能農(nóng)業(yè)論文:淺析智能儀表系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用

摘 要：智能儀表系統(tǒng)現(xiàn)已經(jīng)在農(nóng)業(yè)中得到了應(yīng)用，盡管目前應(yīng)用并不廣泛，但卻足以證明智能儀表在農(nóng)業(yè)中擁有著巨大的潛力。我國(guó)現(xiàn)階段正在進(jìn)行著新農(nóng)村建設(shè)，智能儀表系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用，無(wú)疑為新農(nóng)村建設(shè)提供了科技基礎(chǔ)。本文首先對(duì)智能儀表系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行了介紹，其次對(duì)智能儀表系統(tǒng)的功能特點(diǎn)進(jìn)行了概述，最后探討了其在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，希望能夠?yàn)槲覈?guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展提供借鑒。

關(guān)鍵詞：智能儀表系統(tǒng)；農(nóng)業(yè)；電氣自動(dòng)化；應(yīng)用

由于科技的發(fā)展進(jìn)步，儀表系統(tǒng)越來(lái)越向著智能化的方向發(fā)展，尤其是測(cè)量控制儀表系統(tǒng)發(fā)展十分突出。現(xiàn)如今，智能化測(cè)量控制儀表種類已經(jīng)非常多，比如流量計(jì)、溫度儀、調(diào)節(jié)器等都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了智能化。這些智能化儀表系統(tǒng)的發(fā)展，為我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展起到了積極的作用。農(nóng)戶借助智能儀表系統(tǒng)，可以對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行自動(dòng)化的控制，以此提高農(nóng)作物的產(chǎn)量以及質(zhì)量。

1 智能儀表系統(tǒng)的工作原理

智能儀表系統(tǒng)要想在農(nóng)業(yè)電氣自動(dòng)化中達(dá)到徹底的應(yīng)用，有關(guān)人員必須對(duì)其工作原理完全了解，依據(jù)其工作原理，將其恰當(dāng)好處的應(yīng)用在農(nóng)業(yè)中。傳感器是智能儀表系統(tǒng)中不可或缺的一部分，其可以說(shuō)是該系統(tǒng)的心臟。傳感器拾取被測(cè)參量的信息，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)濾波去除干擾后送入多路模擬開(kāi)關(guān)。由單片機(jī)逐路選通模擬開(kāi)關(guān)，將各輸入通道的信號(hào)逐一送入程控增益放大器，放大后的信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖信號(hào)后送入單片機(jī)中。單片機(jī)根據(jù)儀器所設(shè)定的初值進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理。運(yùn)算的結(jié)果被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和打印；同時(shí)，單片機(jī)把運(yùn)算結(jié)果與存儲(chǔ)于片內(nèi)或EEPROM（電可擦除存貯器）內(nèi)的設(shè)定參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算比較后，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果和控制要求，輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。

2 智能儀表系統(tǒng)的功能優(yōu)勢(shì)

2.1 能夠進(jìn)行自動(dòng)化操作。智能儀表系統(tǒng)應(yīng)用在農(nóng)業(yè)中，使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)逐漸的擺脫了人類勞動(dòng)，農(nóng)戶可以從土地中解放出來(lái)，去從事其他方面的工作。農(nóng)業(yè)自動(dòng)化是現(xiàn)代化的典型標(biāo)志，因此智能儀表系統(tǒng)的應(yīng)用是我國(guó)農(nóng)業(yè)走向現(xiàn)代化的重要表現(xiàn)。智能儀表系統(tǒng)每一個(gè)測(cè)量環(huán)節(jié)，都是微控制器進(jìn)行操作，因此每個(gè)測(cè)量環(huán)節(jié)都是自動(dòng)化。

2.2 能夠進(jìn)行自測(cè)。智能儀表系統(tǒng)的自測(cè)功能有比較多，比如能夠自動(dòng)凋零、自動(dòng)診斷、自動(dòng)檢驗(yàn)等。如果系統(tǒng)出現(xiàn)了異常情況，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，將故障部位查找出來(lái)，如果系統(tǒng)十分高級(jí)，甚至能夠診斷出故障原因。此種功能可以在儀表啟動(dòng)時(shí)就發(fā)揮作用，在儀表運(yùn)行過(guò)程中也能夠發(fā)揮作用，因此不必再派專門的人員進(jìn)行監(jiān)控。系統(tǒng)運(yùn)行期間發(fā)生故障，自會(huì)發(fā)出警報(bào)，診斷出故障部位，這對(duì)檢查人員來(lái)說(shuō)，十分方便。

2.3 能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。這是智能儀表系統(tǒng)最為顯著的特點(diǎn)。因?yàn)榻^大多數(shù)智能儀表系統(tǒng)應(yīng)用的是單片機(jī)或者是微控制器，這樣如果某些問(wèn)題硬件邏輯難以解決，軟件系統(tǒng)可以解決。比如數(shù)字萬(wàn)用表基本不具備處理數(shù)據(jù)功能，只能進(jìn)行電流、電壓測(cè)量，而智能儀表系統(tǒng)中的萬(wàn)能表，除了能夠測(cè)量數(shù)據(jù)外，還能夠?qū)y(cè)量結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，比如取平均值、統(tǒng)計(jì)分等。這使得用戶不必為自己進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，同時(shí)也確保儀器測(cè)量精度。

2.4 能夠進(jìn)行人際對(duì)話。智能儀表系統(tǒng)能夠進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，這使得人們只要輸入相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，就能夠找到相應(yīng)的信息，以便能夠及時(shí)采取對(duì)策。智能儀表系統(tǒng)應(yīng)用的是鍵盤，其與傳統(tǒng)的切換開(kāi)關(guān)相比，更加的方便靈活，工作人員只需要掌握鍵盤輸入命令，即可進(jìn)行測(cè)量。另外，智能儀表系統(tǒng)還能夠?qū)?shù)據(jù)信息處理結(jié)果報(bào)告給操作人員，操作人員通過(guò)顯示屏即可了解數(shù)據(jù)信息，這樣儀表操作不僅方便，還具有直觀性。

2.5 能夠進(jìn)行可程控操作。因其具備這一功能，所以才得到了廣大農(nóng)業(yè)研究者的歡迎。現(xiàn)代智能儀表系統(tǒng)絕大多數(shù)都有通信接口，比如GPIB、RS485等，這樣系統(tǒng)能夠與PC機(jī)或者是其他儀器設(shè)備連接起來(lái)，構(gòu)成完整的測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)功能更加齊全，能夠?qū)?fù)雜任務(wù)進(jìn)行測(cè)試。

3 智能儀表系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

隨著智能儀器以及農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，智能儀表系統(tǒng)逐漸走入農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化中，更好的為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化做貢獻(xiàn)，其中TFW-VIII型智能化農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀得到了廣泛的應(yīng)用。TFW-VIII型智能化農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀是一種綜合性能較全、測(cè)量精度較高、操作較簡(jiǎn)單的一種智能化農(nóng)業(yè)及生態(tài)環(huán)境實(shí)用的測(cè)量?jī)x器，可以對(duì)土壤、水和空氣進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。該儀器內(nèi)設(shè)置了GPS全球衛(wèi)星定位裝置，可以對(duì)測(cè)試地點(diǎn)的方位（經(jīng)緯度）和海拔高度有較準(zhǔn)確的測(cè)定。在土壤方面，它能較精確地測(cè)試土壤內(nèi)的氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì)的含量，可以對(duì)土壤中的酸堿度（pH）值、鹽分（電導(dǎo)）、其他微量元素和地層溫度進(jìn)行測(cè)量，對(duì)土壤的容積含水量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)速測(cè)，還可以對(duì)化肥進(jìn)行檢測(cè)。在水質(zhì)測(cè)試方面，可以測(cè)試水中的溶解氧、水的濁度、溫度、pH值和水的電導(dǎo)率。除此以外，還能對(duì)測(cè)點(diǎn)空氣的溫度和濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。該儀器是一部數(shù)字化的智能型儀器，不僅設(shè)制了操作菜單、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和打印，還可以與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，能最大限度滿足使用者對(duì)被測(cè)物數(shù)據(jù)的測(cè)試、記錄和存儲(chǔ)的要求，是土肥站、農(nóng)科所及相關(guān)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)部門首選的儀器之一。

4 智能儀表系統(tǒng)的優(yōu)化

4.1 測(cè)量精度的提高

在智能儀表設(shè)計(jì)時(shí)，以測(cè)量精度作為主要的參數(shù)之一，為了提高儀表的測(cè)量精度，一般除了選擇性能好和精度高的元器件外，同時(shí)也可以利用微處理器對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行加工與處理，以減少測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生的隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差。

4.2 系統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì)

高效率，低耗能是每個(gè)儀器的最終目標(biāo)。智能儀表系統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì)是系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面。在低功耗設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)方面：一是可選用CMOS集成電路，這是由于CMOS電路具有功耗低、抗干擾能力強(qiáng)和工作溫度范圍寬等特點(diǎn)；二是系統(tǒng)功耗和系統(tǒng)供電電壓存在著一定的關(guān)系，一般來(lái)說(shuō)，供電電壓越高，系統(tǒng)功耗越大，因此低功耗單片微機(jī)系統(tǒng)應(yīng)盡量采用低電壓供電，這樣既能減少系統(tǒng)功耗，又有利于電池供電。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，可知對(duì)智能儀表系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用進(jìn)行研究十分必要。農(nóng)業(yè)作為我國(guó)第一大產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展直接關(guān)系到我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，也關(guān)系到農(nóng)民的生活水平。智能儀表系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，能夠促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)盡早的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化，盡管目前，該系統(tǒng)并不完善，甚至有諸多不足之處，但是將其應(yīng)用在農(nóng)業(yè)電氣自動(dòng)化中是農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然。隨著使得的發(fā)展，智能儀表系統(tǒng)會(huì)成為農(nóng)戶日常中不可缺少的設(shè)備，也是我國(guó)農(nóng)業(yè)研究者重點(diǎn)研究的對(duì)象。

智能農(nóng)業(yè)論文:基于yeelink網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的智能農(nóng)業(yè)遠(yuǎn)程控制

民以食為天，農(nóng)業(yè)的發(fā)展一直是社會(huì)發(fā)展與進(jìn)步的基礎(chǔ)，利用現(xiàn)代傳感器技術(shù)可以使人們更有效地調(diào)整和控制大棚農(nóng)作物生長(zhǎng)的環(huán)境，從而達(dá)到提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，有效地利用資源，縮短農(nóng)作物的生長(zhǎng)周期的目的。而針對(duì)傳統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)不能歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及需要固定外網(wǎng)IP地址的瓶頸，從而設(shè)計(jì)了基于yeelink云存儲(chǔ)的遠(yuǎn)程大棚監(jiān)控器，文章詳細(xì)介紹了系統(tǒng)組成，工作原理，以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置組網(wǎng)簡(jiǎn)單，使用方便，結(jié)果精確。

【關(guān)鍵詞】農(nóng)業(yè) 網(wǎng)絡(luò)平臺(tái) 智能控制 單片機(jī)

1 系統(tǒng)控制要求

遠(yuǎn)程控制界面使用4個(gè)虛擬按鍵（電燈控制器、電熱絲開(kāi)關(guān)、移動(dòng)天窗開(kāi)關(guān)、噴滴灌系統(tǒng)開(kāi)關(guān)）用于遠(yuǎn)程控制；使用光照傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、土壤傳感器、煙霧傳感器對(duì)環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)試并且通過(guò)W5100發(fā)送到y(tǒng)eelink網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)；數(shù)據(jù)帶有臨界報(bào)警功能。

2 系統(tǒng)方案

以arduino單片機(jī)為控制器，以W5100網(wǎng)絡(luò)模塊為核心，單片機(jī)的I/0直接與W5100網(wǎng)絡(luò)模塊通信，系統(tǒng)在程序的的控制下，按照網(wǎng)絡(luò)yeelink協(xié)議把數(shù)據(jù)循環(huán)排隊(duì)傳到y(tǒng)eelink云存儲(chǔ)上或下載到單片機(jī)上，方便用戶實(shí)時(shí)查看過(guò)去任何一段時(shí)間的數(shù)據(jù)和控制單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理。

3 工作原理

遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)控器是一款基于yeelink網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)，它是以 arduino單片機(jī)為處理核心，通過(guò)各種傳感器探測(cè)環(huán)境數(shù)據(jù)，并且通過(guò)w5100網(wǎng)絡(luò)模塊接入互聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)循環(huán)排隊(duì)等候的方式源源不斷把數(shù)據(jù)發(fā)到y(tǒng)eelink網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上和把yeelink網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上的數(shù)據(jù)接受到單片機(jī)上面，方便用戶實(shí)時(shí)查看過(guò)去任何一段時(shí)間的數(shù)據(jù)和控制單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理。

4 硬件設(shè)計(jì)

采用光照傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、土壤傳感器、煙霧傳感器作為數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，然后通過(guò)arduino單片機(jī)進(jìn)行處理，把數(shù)據(jù)通過(guò)W5100網(wǎng)絡(luò)模塊發(fā)送到y(tǒng)eelink云存儲(chǔ)平臺(tái)

5 軟件設(shè)計(jì)

到y(tǒng)eelink官網(wǎng)免費(fèi)申請(qǐng)帳號(hào)，通過(guò)帳號(hào)申請(qǐng)ID號(hào)碼，如果沒(méi)有外網(wǎng)IP，則把路由器設(shè)計(jì)成自動(dòng)獲取IP地址，并且在程序里面改成自動(dòng)獲取IP地址。

6 遠(yuǎn)程電腦網(wǎng)頁(yè)監(jiān)控

如圖1所示。

7 遠(yuǎn)程手機(jī)監(jiān)控

如圖2所示。

8 結(jié)論

采用yeelink網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化管理，有效提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和大大降低農(nóng)民的工作量，將大量的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)， 通過(guò)各種傳感器采集信息， 以幫助農(nóng)民及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題， 并且準(zhǔn)確地確定發(fā)生問(wèn)題的位置， 這樣農(nóng)業(yè)將逐漸地從以人力為中心、依賴于孤立機(jī)械的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)向以信息和軟件為中心的生產(chǎn)模式，從而大量使用各種自動(dòng)化、智能化、遠(yuǎn)程控制的生產(chǎn)設(shè)備。一場(chǎng)農(nóng)業(yè)科技革命的浪潮正在席卷中國(guó)大地：越來(lái)越多的人放棄了傳統(tǒng)耕作模式，開(kāi)始用傳感器與農(nóng)作物進(jìn)行“交流”，成為智慧農(nóng)業(yè)時(shí)代的“新農(nóng)人”。這就是設(shè)計(jì)基于yeelink網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的智能農(nóng)業(yè)遠(yuǎn)程控制價(jià)值所在。

作者單位

邵陽(yáng)學(xué)院 湖南省邵陽(yáng)市 422000

智能農(nóng)業(yè)論文:農(nóng)業(yè)智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

摘 要：我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，然而我國(guó)水資源非常缺乏，這就阻礙了農(nóng)業(yè)的發(fā)展。農(nóng)業(yè)灌溉所需要的水資源非常多，而現(xiàn)階段我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)相對(duì)落后，這就造成了在農(nóng)業(yè)灌溉中水資源得到了大量的浪費(fèi)。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們開(kāi)始重視農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，將一系列的先進(jìn)技術(shù)引入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，其中在農(nóng)業(yè)灌溉中充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)，設(shè)計(jì)出了各種不同類型的智能化節(jié)水灌溉系統(tǒng)，這不但節(jié)約了大量的水資源，還使得農(nóng)作物的灌溉更加科學(xué)合理，提高農(nóng)作物的產(chǎn)率。文章簡(jiǎn)要分析了農(nóng)業(yè)智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，希望能給讀者一些幫助。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)灌溉；智能節(jié)水；設(shè)計(jì)分析；單片機(jī)

目前，農(nóng)業(yè)智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)主要是把AT89C52單片機(jī)作為主控芯片，而外圍又是有多個(gè)傳感器以及電路共同組成，主要包括：濕度傳感器、超限警報(bào)電路、數(shù)據(jù)處理電路和LED動(dòng)態(tài)顯示電路等。該智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)主要是通過(guò)由濕度傳感器監(jiān)測(cè)土壤的濕度，然后將濕度值報(bào)告給單片機(jī)，單片機(jī)再根據(jù)預(yù)先設(shè)定的濕度值控制其它系統(tǒng)對(duì)土壤輸送水分，待達(dá)到規(guī)定的濕度值后，系統(tǒng)則自動(dòng)停止補(bǔ)充水分，讓土壤始終保持最合適的濕度，進(jìn)而促進(jìn)農(nóng)作物的快速生長(zhǎng)。

1 智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)是把型號(hào)為AT89C52的單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控芯片，在土壤中安裝多個(gè)濕度傳感器，由它來(lái)監(jiān)測(cè)土壤中水分含量。當(dāng)土壤中含量低于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，濕度傳感器則將這個(gè)信息轉(zhuǎn)化成電流信號(hào)，再通過(guò)信號(hào)處理電路進(jìn)行一系列的處理后就變成了可用的電壓模擬性信號(hào)，然后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將它轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，直接傳輸?shù)街骺匦酒瑔纹瑱C(jī)中，單片機(jī)就對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行合理地調(diào)控，在數(shù)碼管上會(huì)顯示出濕度值。一旦濕度值發(fā)生了變化，該智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)控制水泵開(kāi)關(guān)。農(nóng)業(yè)智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：

圖1 智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 單片機(jī)的最小系統(tǒng)

AT89C52單片機(jī)具有功耗低、性能高的優(yōu)點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)中得到較為普遍的應(yīng)用。該單片機(jī)在工作時(shí)的額定電壓為5V，在單片機(jī)的內(nèi)部存在一個(gè)256B的RAM和一個(gè)8kB的PEROM，這就保證單片機(jī)能夠與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)共同控制運(yùn)作，這主要是運(yùn)用了由ATMEL公司研制出的高密度生產(chǎn)技術(shù)和非易失性存儲(chǔ)技術(shù)，在單片機(jī)內(nèi)部還分布著Flash存儲(chǔ)單元和8位CPU，芯片為40個(gè)引腳，這就包括了32個(gè)外部雙向I/O口、2個(gè)全雙工串行通信口、2個(gè)外部中端口、2個(gè)16為可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器。該芯片不僅能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)編程，還能夠?qū)崿F(xiàn)在線編程，依靠可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器與MCU將其有機(jī)結(jié)合，這就直接使得芯片的靈活性得到大幅度提升，還減少了系統(tǒng)的制造成本。

3 時(shí)鐘電路

單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)從根本上分析也即是同步時(shí)序邏輯電路，其核心就是時(shí)鐘電路，主要依賴于時(shí)鐘信號(hào)對(duì)時(shí)序邏輯系統(tǒng)進(jìn)行有效控制，并且CPU具備的不同種指令功能即是在由時(shí)序單路生成的時(shí)鐘信號(hào)控制下逐一實(shí)現(xiàn)的。其中，MCS-51型號(hào)的單片機(jī)中所含有的時(shí)鐘信號(hào)可以分為兩種方式：通過(guò)外部電路生成；通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部的振蕩電路生成。

4 復(fù)位電路

為了確保CPU與其它相關(guān)的功能部件均可以從某個(gè)確定的狀態(tài)開(kāi)始工作，因此，單片機(jī)在每一個(gè)開(kāi)機(jī)時(shí)都必須重新復(fù)位，此時(shí)，復(fù)位電路就起到了關(guān)鍵作用。復(fù)位電路一般分為按鍵復(fù)位和上電復(fù)位等形式。在對(duì)MCS-51型號(hào)的單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位時(shí)，主要是由外部復(fù)位電路來(lái)完成，其工作原理為：當(dāng)按下按鈕之后，就使得RC電路進(jìn)行充電，且RESET端發(fā)生高電平，此時(shí)只要將高電平始終維持在10ms以上，即可完成單片機(jī)的復(fù)位工作。

5 數(shù)據(jù)采集處理電路

由傳感器監(jiān)測(cè)到的模擬信號(hào)是非常微弱的，并且此時(shí)存在很多干擾信號(hào)，所以信號(hào)在傳輸?shù)街骺匦酒g就必須通過(guò)濾波、信號(hào)放大以及模數(shù)轉(zhuǎn)換等步驟。該智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)通過(guò)運(yùn)算放大器U2、U3把信號(hào)進(jìn)一步放大，進(jìn)而能適應(yīng)之后A/D轉(zhuǎn)換器的工作要求。

ADC0809主要包括一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器、一個(gè)8通道模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器和一個(gè)地址譯碼鎖存器等，該數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)可以同時(shí)允許8個(gè)模擬信號(hào)傳輸，并實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換共享。

6 LED顯示系統(tǒng)電路

在采用單片機(jī)的系統(tǒng)中，一般所采用到的顯示器件包括數(shù)碼管和顯示器。這兩種器件具備的優(yōu)勢(shì)十分明顯，包括價(jià)格便宜、配置容易、與主控芯片接口簡(jiǎn)便等。可以在農(nóng)業(yè)智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)中采用共陰極數(shù)碼管，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示。把數(shù)碼管的LED的引出端與單片機(jī)I/O口的8位線進(jìn)行連接，調(diào)節(jié)共陰極數(shù)碼管的高電平使之有效，再選擇8位并行輸出端，則就可以在LED顯示器上實(shí)時(shí)顯示不同的數(shù)值。

7 超限警報(bào)電路

如果該智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境超出預(yù)置的范圍，就需要設(shè)置一個(gè)超限警報(bào)電路來(lái)提醒使用者，以便及時(shí)采取有效措施加以解決，現(xiàn)今普遍采用的報(bào)警電路主要包括：蜂鳴報(bào)警、閃光報(bào)警及語(yǔ)音報(bào)警等。例如，采用語(yǔ)音報(bào)警裝置，則一般選擇采用1SD1420型號(hào)的語(yǔ)音報(bào)警芯片，由A/D轉(zhuǎn)換器傳出的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)主控芯片的P0接口輸送到主控芯片內(nèi)，然后由主控芯片對(duì)信號(hào)進(jìn)行智能化處理并與配置值作對(duì)比。如果比預(yù)置值要小，那么P2.1口將會(huì)輸出低電平，單片機(jī)就會(huì)控制語(yǔ)音芯片發(fā)出報(bào)警信號(hào)；反之，那么P2.1口將會(huì)輸出高電平，系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)語(yǔ)音報(bào)警信號(hào)，則系統(tǒng)運(yùn)行正常。

8 結(jié)束語(yǔ)

本文簡(jiǎn)要介紹了農(nóng)業(yè)智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)組成，這體現(xiàn)了自動(dòng)化技術(shù)在我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉中的有效應(yīng)用，同時(shí)也體現(xiàn)了我國(guó)農(nóng)業(yè)科技水平的顯著提高。而目前，我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉的智能化水平在整體上看來(lái)偏低，這需要國(guó)家農(nóng)業(yè)部門進(jìn)一步加大農(nóng)業(yè)智能化研發(fā)力度，在農(nóng)田灌溉方面設(shè)計(jì)出高度智能化、自動(dòng)化的供水系統(tǒng)，既能節(jié)約大量的水資源，還能促進(jìn)農(nóng)作物快速成長(zhǎng)。

智能農(nóng)業(yè)論文:農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉智能控制及信息化系統(tǒng)的研究與推廣

【摘 要】介紹了一種適用于廣大農(nóng)村推廣使用的節(jié)水灌溉信息化系統(tǒng)。只監(jiān)測(cè)用電量就實(shí)現(xiàn)了對(duì)水量使用的有效控制，控制器內(nèi)存儲(chǔ)的灌溉記錄極大地便捷了各級(jí)管理部門的工作。結(jié)合北京市多個(gè)實(shí)際項(xiàng)目的實(shí)施及售后經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，通過(guò)對(duì)幾款不同特色信息化系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)分析，文章最后對(duì)該系統(tǒng)的推廣與發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】節(jié)水灌溉；無(wú)線通信；信息化管理；水電計(jì)量

1 技術(shù)背景

隨著電子技術(shù)及信息化的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制與管理技術(shù)的運(yùn)用已廣泛深入到各個(gè)領(lǐng)域。智能灌溉控制器，是為了提高灌溉效率并實(shí)現(xiàn)信息化智能管理而發(fā)展起來(lái)的一款電子產(chǎn)品。考慮中國(guó)土壤面積廣、人多、地形復(fù)雜以及人文特點(diǎn)，絕大部分的土地?zé)o法實(shí)現(xiàn)智能灌溉。為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)量和有效管理，廣大農(nóng)村可采取簡(jiǎn)單可行的節(jié)水灌溉控制措施。此舉不僅具有廣闊的市場(chǎng)前景，而且具有不可估量的社會(huì)價(jià)值。

2 農(nóng)業(yè)灌溉智能控制的現(xiàn)狀

農(nóng)業(yè)灌溉用水一直主要考慮收取電費(fèi)，對(duì)用水量沒(méi)有概念。用戶灌溉前，需找電工記錄電表讀數(shù)，灌溉后再記錄一次，向村里繳納電費(fèi)即可。這樣既浪費(fèi)了人力資源及大量的時(shí)間，又不準(zhǔn)確，且不便于統(tǒng)計(jì)管理，尤其對(duì)于科學(xué)灌溉和信息化管理毫無(wú)作用。鑒于此，市面上出現(xiàn)了各種IC卡預(yù)付費(fèi)電表，當(dāng)用戶IC卡內(nèi)金額足夠的時(shí)候，刷卡時(shí)候預(yù)付費(fèi)電表通過(guò)內(nèi)部控制電路發(fā)出開(kāi)泵指令，啟動(dòng)井泵開(kāi)始灌溉；當(dāng)用戶主動(dòng)刷卡停泵或是IC卡內(nèi)金額不足時(shí)，電表發(fā)出停泵指令，停止井泵運(yùn)行。雖然方便了電費(fèi)的收取，一定程度起到了管理的目的，但是經(jīng)筆者調(diào)查，用戶普遍反映設(shè)備故障率較高維護(hù)不及時(shí)，影響用戶使用；管理系統(tǒng)只記錄了售電情況，管理系統(tǒng)不完善，沒(méi)有受到上級(jí)管理者的認(rèn)同和推廣。

3 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉信息化系統(tǒng)的研究與發(fā)展

3.1 精細(xì)型信息化系統(tǒng)

此系統(tǒng)需要提前收錄該村所有用戶的用戶名、所有地塊信息（包含地塊的位置、面積以及種植作物類型）和灌溉方式，并寫入智能控制器內(nèi)。使用過(guò)程中，用戶通過(guò)IC卡識(shí)別出自己的資料，并選定地塊及作物后啟動(dòng)井泵開(kāi)始灌溉，同時(shí)開(kāi)始計(jì)量電量，當(dāng)用戶再次刷卡時(shí)結(jié)束灌溉，控制器存儲(chǔ)該用戶此次的記錄信息。由管理員定期利用智能掌上電腦（下文簡(jiǎn)稱PDA），通過(guò)藍(lán)牙的無(wú)線通訊，將控制器內(nèi)存儲(chǔ)的所有記錄信息傳送到PDA內(nèi)。再通過(guò)USB數(shù)據(jù)線將PDA連接到PC機(jī)上，在管理軟件中導(dǎo)入所有的記錄信息，統(tǒng)計(jì)出每月的總用水量及每種作物的灌溉時(shí)間及用水量，經(jīng)由GPRS無(wú)線傳送給上級(jí)管理部門。如下圖1所示。

圖1 節(jié)水灌溉信息化系統(tǒng)

此款設(shè)備操作明了，記錄信息詳盡，但也存在一些不足：（1）控制箱的設(shè)計(jì)存在一定問(wèn)題；（2）前期所提供數(shù)據(jù)量太大，村里管理員用到的數(shù)據(jù)量很小，且上級(jí)管理部門目前也不具備全面管理所有地區(qū)灌溉資料的力量；（3）控制器內(nèi)存儲(chǔ)的信息過(guò)多，設(shè)備老化快；（4）控制器與PDA之間是雙向操作，對(duì)設(shè)備的壽命及穩(wěn)定性都造成不利影響；（5）藍(lán)牙傳輸不夠穩(wěn)定且速度太慢，不夠人性化。

3.2 簡(jiǎn)單實(shí)用型信息化系統(tǒng)

考慮精細(xì)型操作過(guò)于復(fù)雜，在第二代產(chǎn)品的研發(fā)過(guò)程中，將人性化設(shè)計(jì)和有效管理放在了第一位。用戶直接刷卡進(jìn)行灌溉，控制器自動(dòng)存儲(chǔ)灌溉的起始時(shí)間、終止時(shí)間、用戶信息、使用電量；管理員利用PDA通過(guò)紅外技術(shù)將控制器內(nèi)的灌溉信息抄取到PDA內(nèi)；再將PDA與村級(jí)管理平臺(tái)PC機(jī)連接，信息導(dǎo)入管理軟件中；由GPRS無(wú)線傳輸給上層管理平臺(tái)。

改進(jìn)點(diǎn)：（1）控制器內(nèi)部芯片也進(jìn)行了升級(jí)，確保了設(shè)備的穩(wěn)定性和壽命；（2）控制器只通過(guò)村莊編碼來(lái)識(shí)別用戶卡，簡(jiǎn)化了操作方法，保證灌溉記錄的完整性和準(zhǔn)確性；（3）在管理軟件上，針對(duì)機(jī)井錄入了相對(duì)的灌溉面積及作物種類，統(tǒng)計(jì)灌溉時(shí)間、用電量，通過(guò)水電轉(zhuǎn)換系數(shù)來(lái)變換成相對(duì)的用水量，滿足用戶需求；（4）將藍(lán)牙傳輸改為紅外傳輸，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和完整性。（5）改進(jìn)了控制箱的設(shè)計(jì)，將進(jìn)線孔全部封閉。

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，設(shè)備返修率僅為5%，且滿足上級(jí)管理部門的基本需求。在定期維護(hù)時(shí)候，又發(fā)現(xiàn)了一些新問(wèn)題：（1）灌溉記錄的抄取需要人為操作，且抄取時(shí)間不定，不能同時(shí)滿足各級(jí)管理者的不同需求；（2）通過(guò)估算水電轉(zhuǎn)換系數(shù)，來(lái)計(jì)算用水量，誤差太大。

3.3 實(shí)用拓展型信息化系統(tǒng)

在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)筆者公司相關(guān)專業(yè)人員的研究，應(yīng)管理部門的新需求，在北京順義區(qū)又展開(kāi)一個(gè)新項(xiàng)目，在簡(jiǎn)單實(shí)用型的基礎(chǔ)上，又開(kāi)發(fā)了控制器與超聲波水表之間的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、控制器與村級(jí)管理PC機(jī)的無(wú)線傳輸兩種新功能，以及健全信息化系統(tǒng)。（1）設(shè)備的使用環(huán)境條件較好，配備了超聲波水表，可以將水表讀數(shù)直接無(wú)線數(shù)傳給灌溉控制器，在用戶使用過(guò)程中實(shí)時(shí)顯示灌溉的用水量以及用電量，保證了用水量及用電量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)為水電系數(shù)計(jì)算提供了參考數(shù)據(jù)；（2）控制器可以直接將灌溉記錄定時(shí)通過(guò)無(wú)線組網(wǎng)方式無(wú)線傳輸給村級(jí)管理平臺(tái)的PC機(jī)，并由PC機(jī)通過(guò)GPRS傳輸?shù)缴霞?jí)管理平臺(tái)。（3）在管理平臺(tái)上，細(xì)化了機(jī)井的各種信息，并關(guān)聯(lián)了用戶的地塊面積、作物類型，由管理員記錄到軟件管理平臺(tái)上。可以隨時(shí)按照用戶名、機(jī)井來(lái)統(tǒng)計(jì)總的用水量、用電量，使得管理更加智能化。

設(shè)備運(yùn)行良好，維護(hù)率很低，且管理簡(jiǎn)單，受到了用戶、村級(jí)管理員和上級(jí)管理部門的好評(píng)！

4 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉信息化系統(tǒng)的應(yīng)用與推廣

目前在大興、順義多地大力推廣該系統(tǒng)的使用。電子化、信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化是管理系統(tǒng)的發(fā)展必然趨勢(shì)，提高無(wú)線傳輸?shù)姆€(wěn)定性、更人性化的處理用戶誤操作導(dǎo)致的設(shè)備故障，以及更恰當(dāng)?shù)挠仙霞?jí)管理部門的需求，才能最終實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉控制及信息化管理系統(tǒng)的全面推廣。

智能農(nóng)業(yè)論文:基于ZigBee傳感網(wǎng)的農(nóng)業(yè)智能照明系統(tǒng)

摘要：將LED技術(shù)和ZigBee技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種智能照明系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)照明。結(jié)果表明，系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)并報(bào)告故障，對(duì)LED燈進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，節(jié)約了電能。解決了農(nóng)業(yè)照明不同光色、光照度及照射時(shí)間等需求，提高了管理水平。

關(guān)鍵詞：ZigBee;LED驅(qū)動(dòng);PWM控制

ZigBee網(wǎng)絡(luò)屬于短距離的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，能適應(yīng)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境并快速方便地添加或重新配置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，形成短距離無(wú)線通信子網(wǎng)。節(jié)點(diǎn)布網(wǎng)成本低、靈活性和可擴(kuò)展性強(qiáng)，適合組建短距離的無(wú)線傳感網(wǎng)。ZigBee技術(shù)是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，以星、樹(shù)、簇等拓?fù)浞绞綄?shí)現(xiàn)了數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間的協(xié)調(diào)溝通[1]。

隨著節(jié)能減排技術(shù)的發(fā)展，基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布式LED智能照明系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。不同的發(fā)光二級(jí)管P-N結(jié)構(gòu)成的LED燈其發(fā)光顏色不同，此次介紹的農(nóng)業(yè)LED燈則根據(jù)不同農(nóng)作物的需要選取。LED燈的顏色由其本性決定，這里著重介紹LED燈驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)及其驅(qū)動(dòng)方式。

1 系統(tǒng)硬件選型及電路搭建

系統(tǒng)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制方式、樹(shù)形組網(wǎng)[2]，以PC（Personnel Computer）基站式和手機(jī)移動(dòng)式兩種方式控制WSN（Wireless Sensor Network）的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，以PWM（Pulse Width Modulation）方式控制各個(gè)終端的發(fā)光亮度，通過(guò)光照度傳感器采集光照度信息以達(dá)到適應(yīng)不同的外部光照環(huán)境來(lái)實(shí)時(shí)控制，有手動(dòng)和自動(dòng)控制兩種方式。系統(tǒng)硬件大致分為傳感網(wǎng)模塊和LED驅(qū)動(dòng)電源模塊，軟件是上位機(jī)應(yīng)用軟件。

1.1 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)中各終端設(shè)備和路由設(shè)備采用相同設(shè)計(jì)，充當(dāng)路由的設(shè)備完成信息轉(zhuǎn)發(fā)的中繼功能，由終端設(shè)備完成信息的采集和對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電源的控制。協(xié)調(diào)器設(shè)備完成網(wǎng)絡(luò)的發(fā)起和建立，并為各個(gè)節(jié)點(diǎn)分配LAN內(nèi)的短地址，以RS232串口和計(jì)算機(jī)互聯(lián)通信，完成對(duì)節(jié)點(diǎn)的控制和信息顯示。

系統(tǒng)的硬件要求控制芯片應(yīng)滿足工業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)要求的通信延遲、通信的可靠和能量損失小的要求[3]。通過(guò)ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的編制，使用成本低、開(kāi)放、低功率無(wú)線互連的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的片上系統(tǒng)芯片CC2530為本系統(tǒng)的傳感節(jié)點(diǎn)。它能建立低功耗、大規(guī)模的傳感網(wǎng)絡(luò)[4]。CC2530采用F256版本，具有256 kB的閃存。

根據(jù)CC2530芯片的內(nèi)部架構(gòu)設(shè)計(jì)了射頻外圍組件，作為其信號(hào)收發(fā)前端，并將其安置到外圍電路上，組成一個(gè)能收集現(xiàn)場(chǎng)信息并能控制LED驅(qū)動(dòng)芯片的終端節(jié)點(diǎn)。該節(jié)點(diǎn)上有溫濕度傳感器、光照度傳感器，節(jié)點(diǎn)將現(xiàn)場(chǎng)感知信息通過(guò)路由設(shè)備傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器設(shè)備，協(xié)調(diào)器根據(jù)設(shè)定的光照度閥值和現(xiàn)場(chǎng)光照度發(fā)送PWM控制命令，再通過(guò)終端節(jié)點(diǎn)完成對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電源PWM_D腳的控制。圖1是系統(tǒng)的射頻前端電路，圖2是節(jié)點(diǎn)模塊電路，圖3是協(xié)調(diào)器電路。

1.2 LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)

系統(tǒng)提供的LED驅(qū)動(dòng)電源能滿足LED日光燈、球泡燈等LED燈的恒流驅(qū)動(dòng)，能滿足高可靠性、高效率、高功率因數(shù)、浪涌保護(hù)及電磁兼容的要求。智能調(diào)光方式為根據(jù)對(duì)高功率LED驅(qū)動(dòng)芯片HV9910的PWM_D腳輸入PWM信號(hào)來(lái)對(duì)MOS管進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制來(lái)調(diào)光，最高輸入為300 kHz，以滿足LED燈不同亮度的要求。

電流輸出方式是根據(jù)控制MOS管的斷開(kāi)時(shí)間來(lái)控制輸出電壓，終端節(jié)點(diǎn)輸出的PWM信號(hào)最大為300 kHz。試驗(yàn)中所使用的LED燈設(shè)定的正常工作電流ILED為350 mA，紋波電流正常取ILED的30%。振蕩器的工頻可以用外部電阻接在HV9910芯片的ROSC端將其控制在25 k～300 kHz，頻率值計(jì)算方式為FOSC=25 000/（ROSC[k？贅]）[kHZ]。根據(jù)HM9910數(shù)據(jù)手冊(cè)，電感的計(jì)算方式為：正常整流后的電壓為 ■VIN，因此開(kāi)關(guān)占空比D=VLED/■VIN，則功率管的導(dǎo)通時(shí)間TON=D/FOSC，由這些必要的值求出電感大小為L(zhǎng)=（VIN-VLED）TON/（0.3ILED）。

2 軟件設(shè)計(jì)流程

軟件設(shè)計(jì)部分分為協(xié)調(diào)器模塊（路由模塊）和終端模塊，協(xié)調(diào)器模塊負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)起和建立，并選擇優(yōu)先信道，建立好網(wǎng)絡(luò)后便充當(dāng)一個(gè)路由設(shè)備與PC互聯(lián)，將終端感知的溫度、濕度和光照度等信息通過(guò)UART方式傳輸至PC控制軟件，在控制軟件上可以對(duì)各終端選擇控制，圖4是協(xié)調(diào)器的工作流程。

終端模塊先申請(qǐng)加入網(wǎng)絡(luò)，穩(wěn)定工作后實(shí)時(shí)將采集的現(xiàn)場(chǎng)信息傳輸給協(xié)調(diào)器，再根據(jù)協(xié)調(diào)器的命令對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電源發(fā)送PWM信號(hào)，以能夠?qū)崟r(shí)控制LED燈的亮度。圖5是終端的工作流程。

在控制方式上有兩種，一種是在上位機(jī)上直接操作，有手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式可選。另一種方式是通過(guò)手機(jī)發(fā)送短消息給終端節(jié)點(diǎn)，以完成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制，不過(guò)這種方式要求知道終端節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)號(hào)，不便于操作。表1是終端控制參數(shù)設(shè)置方式。

3 實(shí)測(cè)效果

系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)采用樹(shù)形組網(wǎng)方式，將各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)分布在照明現(xiàn)場(chǎng)，各終端LED燈色根據(jù)不同應(yīng)用進(jìn)行選取。終端及時(shí)地將現(xiàn)場(chǎng)信息采集至管理處，在PC終端可查看現(xiàn)場(chǎng)的溫度、濕度、光照度信息，系統(tǒng)有手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，控制人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集的信息發(fā)送控制命令給每個(gè)終端，進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制，節(jié)省了人力和電力。圖6是部分LED燈PC端的控制信息。

4 小結(jié)

將ZigBee技術(shù)和LED應(yīng)用相結(jié)合，設(shè)計(jì)出了一種應(yīng)用于農(nóng)業(yè)大棚照明的智能系統(tǒng)，降低了能源消耗，提高了照明的可靠性，在照明方式和實(shí)時(shí)控制上能取得顯著的效果。ZigBee傳感網(wǎng)的建立在其節(jié)點(diǎn)的能耗上有一定的時(shí)限，并且在定位應(yīng)用的精準(zhǔn)度上有一定的困難，具體還有待進(jìn)一步研究。

智能農(nóng)業(yè)論文:芻議農(nóng)業(yè)智能物聯(lián)網(wǎng)

摘 要

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)適應(yīng)于多種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)景（植物種植、禽畜飼養(yǎng)、水產(chǎn)養(yǎng)殖等），覆蓋農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的種養(yǎng)、檢驗(yàn)、銷售采購(gòu)、物流運(yùn)輸和安全回溯等多個(gè)環(huán)節(jié)。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)由傳感器系統(tǒng)和云控制服務(wù)平臺(tái)構(gòu)成。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳感器系統(tǒng)是由大量的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，采集環(huán)境溫濕度、光照強(qiáng)度、土壤墑情、空氣狀態(tài)等信息，以幫助管理人員準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)定位問(wèn)題，這樣農(nóng)業(yè)將逐漸地從以人力為中心、依賴于孤立機(jī)械的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)向以信息和軟件為中心的生產(chǎn)模式，從而大量使用各種自動(dòng)化、智能化、遠(yuǎn)程控制的生產(chǎn)設(shè)備。

【關(guān)鍵詞】農(nóng)業(yè)智能 物聯(lián)網(wǎng)

基于UHF抗擾加密技術(shù)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳感器系統(tǒng)以先進(jìn)的正交頻分復(fù)用（OFDM）和時(shí)分復(fù)用（TDM）通信同步綜合技術(shù)為核心，采用新一代軟件無(wú)線電平臺(tái)架構(gòu)，創(chuàng)造性的使用射頻信號(hào)分集收發(fā)、發(fā)射器功率泄漏對(duì)消、跳頻通信抗干擾、時(shí)隙輪詢握手交互、基于密鑰分散和3DES算法的通信數(shù)據(jù)加密等領(lǐng)先技術(shù)，具備高速并行計(jì)算處理能力，能夠適用300-348 MHz、400-464 MHz和800-928MHz等ISM頻段及短距裝置（SRD）頻帶實(shí)時(shí)雙向通信。農(nóng)業(yè)智能物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)具備如下功能：

1 發(fā)射器功率泄漏對(duì)消軟件自適應(yīng)算法，有效提升通信傳輸距離

設(shè)備的泄漏對(duì)消機(jī)制是指從射頻發(fā)射器前向射頻信號(hào)中耦合獲得參考信號(hào)，并根據(jù)參考信號(hào)產(chǎn)生對(duì)消信號(hào)，用于利用所述對(duì)消信號(hào)對(duì)所述泄漏信號(hào)進(jìn)行對(duì)消處理，經(jīng)對(duì)消處理后的泄漏信號(hào)的幅度小于原泄漏信號(hào)的幅度，使得射頻反向通信干擾信號(hào)大幅降低。

2 軟件無(wú)線電技術(shù)，同步綜合使用OFDM和TDM技術(shù)，抗干擾能力大幅增強(qiáng)

系統(tǒng)基于軟件無(wú)線電技術(shù)的DSRC基帶信號(hào)處理引擎，獨(dú)創(chuàng)的信號(hào)糾錯(cuò)、還原、再生處理算法，先進(jìn)的分集接收技術(shù)和解碼算法，提升了對(duì)低質(zhì)量弱信號(hào)的識(shí)別能力。

系統(tǒng)使用OFDM和TDM同步綜合技術(shù)。在物理層，實(shí)現(xiàn)多個(gè)設(shè)備集（以無(wú)線網(wǎng)關(guān)為核心）處于不同頻段，一旦發(fā)生通信碰撞，設(shè)備集將使用跳頻通信算法自動(dòng)選擇新的頻段，避免不同頻段（多個(gè)設(shè)備集間）的通信干擾；在應(yīng)用層，一個(gè)設(shè)備集是以無(wú)線網(wǎng)關(guān)為核心的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)關(guān)和各個(gè)采集設(shè)備使用基于時(shí)隙輪詢的握手算法，分時(shí)同各個(gè)設(shè)備單獨(dú)通信，避免同頻段設(shè)備（設(shè)備集內(nèi)）的通信干擾。

在相同通信頻率和同一應(yīng)用場(chǎng)景的情況下，針對(duì)多組通信距離，本系統(tǒng)設(shè)備通信成功率提高12.5%～75%。

3 通信數(shù)據(jù)使用3DES算法和密鑰分散的軟件加密機(jī)制，數(shù)據(jù)安全性顯著提升

為了保證無(wú)線網(wǎng)關(guān)和采集器及控制器之間傳輸通道安全，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了基于3DES加密算法和密鑰分散的軟件加密機(jī)制。3DES又稱Triple DES，是DES加密算法的一種模式，它使用3條56位的密鑰對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行三次加密。系統(tǒng)具備智能休眠和喚醒算法，實(shí)現(xiàn)性能和功耗的最佳平衡狀態(tài)。

4 支持智能遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，對(duì)接云服務(wù)平臺(tái)

完善的設(shè)備自檢功能，多參數(shù)綜合檢測(cè)，故障快速定位及告警功能，方便工作人員及時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。支持智能化的遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)視實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備系統(tǒng)的操作、升級(jí)、配置、查詢、維護(hù)等操作。支持腳本化功能配置，靈活對(duì)接云服務(wù)控制平臺(tái)。

智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是在與現(xiàn)有農(nóng)業(yè)設(shè)施的機(jī)械、電氣控制系統(tǒng)兼容的前提下，構(gòu)建了一套功能完整、可裁剪、低成本農(nóng)業(yè)生態(tài)信息遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺(tái)。該平臺(tái)適應(yīng)于多種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)景（植物種植和禽畜養(yǎng)殖等），覆蓋農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的種養(yǎng)、銷售采購(gòu)、物流運(yùn)輸、安全回溯等多個(gè)環(huán)節(jié)。

從功能角度，農(nóng)業(yè)生態(tài)信息智能化物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)由傳感控制器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和云服務(wù)控制中心構(gòu)成。

傳感控制器網(wǎng)絡(luò)的核心部分是無(wú)線網(wǎng)關(guān)。該設(shè)備基于支持多天線超高頻無(wú)線通信和有線通信模式，支持10M/100M/1000M以太網(wǎng)通信，支持WLAN/GSM/GPRS/3G無(wú)線通信。采集器和控制器可以使用有線或無(wú)線的方式連接到網(wǎng)關(guān)上，形成完整的農(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)傳感器控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

5 UHF無(wú)線通信技術(shù)

常用的無(wú)線通信包括3G/GPRS、藍(lán)牙、WiFi、紅外傳輸（IrDA）、ZigBee、SRD UHF等。這些通信方式各有特點(diǎn)，或基于傳輸速度、距離、耗電量等的特殊要求，或著眼于功能的擴(kuò)展性，或符合某些單一應(yīng)用的特別要求，或建立競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)的差異化等。

6 正交頻分復(fù)用技術(shù)OFDM原理

正交頻分復(fù)用技術(shù)OFDM是多載波調(diào)制的一種。其主要思想是：將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號(hào)可以通過(guò)在接收端采用相關(guān)技術(shù)來(lái)分開(kāi)，這樣可以減少子信道間相互干擾ISI。每個(gè)子信道上的信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個(gè)子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號(hào)間干擾。而且由于每個(gè)子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對(duì)容易。

7 跳頻通信技術(shù)原理

跳頻是最常用的擴(kuò)頻方式之一，其工作原理是指收發(fā)雙方傳輸信號(hào)的載波頻率按照預(yù)定規(guī)律進(jìn)行離散變化的通信方式，也就是說(shuō)，通信中使用的載波頻率受偽隨機(jī)變化碼的控制而隨機(jī)跳變。

近50年來(lái)，中國(guó)農(nóng)業(yè)走過(guò)了一條高投入、高產(chǎn)出、高速度和高資源環(huán)境代價(jià)的道路。目前，我國(guó)農(nóng)業(yè)水平和以生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟(jì)效益好、技術(shù)密集與可持續(xù)發(fā)展等為主要標(biāo)志的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)相比，存在較大的差距。2013年4月，國(guó)家農(nóng)業(yè)部余欣榮部長(zhǎng)視察天津農(nóng)業(yè)工作時(shí)曾提出：“黨的十八大提出了‘四化同步’發(fā)展戰(zhàn)略，其中工業(yè)化是引領(lǐng)，城鎮(zhèn)化是動(dòng)力，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化是基礎(chǔ)，信息化是靈魂。”

作者單位

天津機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 天津市 300131

智能農(nóng)業(yè)論文:智能中文農(nóng)業(yè)垂直搜索引擎體系的架構(gòu)與實(shí)現(xiàn)

摘要：針對(duì)互聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)信息的多樣性、復(fù)雜性以及我國(guó)“三農(nóng)”的特殊性，研究并實(shí)現(xiàn)了智能中文農(nóng)業(yè)垂直搜索引擎AgriRoom，介紹了AgriRoom的體系架構(gòu)和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中涉及到的關(guān)鍵技術(shù)：基于網(wǎng)頁(yè)分類和多元線性回歸分析的信息過(guò)濾技術(shù)、物理存儲(chǔ)模式的分頁(yè)式倒排索引技術(shù)、基于隨機(jī)索引和潛在語(yǔ)義分析的語(yǔ)義檢索模型。該系統(tǒng)目前已投入使用，取得了較顯著的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)信息;垂直搜索引擎;體系架構(gòu)

20世紀(jì)90年代初，搜索引擎開(kāi)始應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，多由商業(yè)公司開(kāi)發(fā)，也有一些是由組織機(jī)構(gòu)和政府部門研發(fā)的。從搜索引擎的質(zhì)量來(lái)看，組織機(jī)構(gòu)、政府部門開(kāi)發(fā)和維護(hù)的農(nóng)業(yè)搜索引擎的質(zhì)量高于商業(yè)公司，主要是因?yàn)檎块T和組織機(jī)構(gòu)都是農(nóng)業(yè)相關(guān)部門，擁有先天優(yōu)勢(shì)。典型代表有美國(guó)農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息中心（AGNIC）與美國(guó)普林斯頓建立的Agriscape Search等[1]。2007年，中國(guó)首個(gè)農(nóng)業(yè)垂直搜索引擎――“農(nóng)搜”上線，是目前全球數(shù)據(jù)量最大的中文農(nóng)業(yè)垂直搜索引擎，其實(shí)現(xiàn)了“全文檢索+語(yǔ)義檢索”的智能檢索功能[2]。同年上線的“華農(nóng)在線”利用自然語(yǔ)言語(yǔ)義分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)了信息處理的應(yīng)用和在農(nóng)業(yè)行業(yè)的垂直搜索。與此同時(shí)，我國(guó)還出現(xiàn)了一些提供農(nóng)業(yè)信息搜索功能的網(wǎng)站。隨著搜索引擎技術(shù)的發(fā)展，面對(duì)我國(guó)“三農(nóng)”的特殊性以及互聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)信息的多樣性和復(fù)雜性，許多問(wèn)題需要探討，本研究構(gòu)建了智能中文農(nóng)業(yè)垂直搜索引擎AgriRoom，并從體系的架構(gòu)、信息過(guò)濾、物理存儲(chǔ)模式以及語(yǔ)義檢索模型等方面進(jìn)行了介紹，為構(gòu)建智能中文農(nóng)業(yè)垂直搜索引擎奠定了基礎(chǔ)。

1 智能中文農(nóng)業(yè)垂直搜索引擎體系的架構(gòu)

課題組基于前期研究成果設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)功能完備的智能農(nóng)業(yè)垂直搜索引擎AgriRoom，其體系架構(gòu)如圖1所示。AgriRoom作為專注于互聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)信息的垂直搜索引擎，從初始的種子站點(diǎn)到主題詞庫(kù)等都體現(xiàn)了農(nóng)業(yè)特性，同時(shí)系統(tǒng)還具有專門的信息過(guò)濾模塊篩選與農(nóng)業(yè)相關(guān)性高的網(wǎng)頁(yè)，從而既可以節(jié)約存儲(chǔ)空間，又保證了信息的準(zhǔn)確性。同時(shí)，為后期高效地檢索打下良好的基礎(chǔ)及保證系統(tǒng)的查準(zhǔn)率和查全率，AgriRoom采用基于雙索引庫(kù)模式的潛在語(yǔ)義檢索方式。首先，系統(tǒng)利用索引模塊建立高效的分頁(yè)式倒排索引庫(kù);然后，利用檢索模塊將其轉(zhuǎn)換為雙重語(yǔ)義空間，為后面的語(yǔ)義檢索作準(zhǔn)備。體系的架構(gòu)圖見(jiàn)圖1。

1）專業(yè)網(wǎng)絡(luò)蜘蛛[1]從農(nóng)業(yè)種子站點(diǎn)列表中獲得網(wǎng)頁(yè)的URL，如果該地址不在舍棄URL隊(duì)列中，則對(duì)互聯(lián)網(wǎng)中相應(yīng)的Web服務(wù)器進(jìn)行網(wǎng)頁(yè)抓取，并解析抓取的網(wǎng)頁(yè)，提取該網(wǎng)頁(yè)中的超鏈接信息和網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容信息送信息過(guò)濾模塊。然后，網(wǎng)絡(luò)蜘蛛再繼續(xù)抓取下一個(gè)網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行同樣的處理。

2）信息過(guò)濾模塊接到專業(yè)網(wǎng)絡(luò)蜘蛛送來(lái)的已解析頁(yè)面后，根據(jù)農(nóng)業(yè)主題詞庫(kù)中的主題詞及其權(quán)值，分析該頁(yè)面的內(nèi)容是否與農(nóng)業(yè)主題相關(guān)、是否是垃圾網(wǎng)頁(yè)或?qū)Ш巾?yè)面。如果頁(yè)面與農(nóng)業(yè)主題相關(guān)度比設(shè)定的閾值低或頁(yè)面為垃圾頁(yè)面，則將此頁(yè)面的URL送入舍棄URL隊(duì)列。否則，將頁(yè)面送入索引模塊準(zhǔn)備建立索引，同時(shí)，還將該頁(yè)面存入農(nóng)業(yè)網(wǎng)頁(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

3）索引模塊將獲得的頁(yè)面信息，進(jìn)行相應(yīng)處理后，建立分頁(yè)式倒排索引并存入索引庫(kù)[3]中。

4）當(dāng)所有抓取的頁(yè)面都被索引后，檢索模塊讀取分頁(yè)式倒排索引庫(kù)中的索引，通過(guò)隨機(jī)索引[4]和潛在語(yǔ)義分析[5]建立較高效的雙重語(yǔ)義空間。

5）用戶輸入查詢條件后，檢索模塊對(duì)其進(jìn)行解析和處理，轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的查詢語(yǔ)句;檢索模塊將查詢語(yǔ)句和語(yǔ)義空間中的信息進(jìn)行語(yǔ)義分析后，獲得查詢結(jié)果。最后，形成結(jié)果頁(yè)面返回給用戶。

2 智能中文農(nóng)業(yè)垂直搜索引擎體系的關(guān)鍵技術(shù)

AgriRoom的實(shí)現(xiàn)需要綜合應(yīng)用多項(xiàng)技術(shù)，除了常規(guī)的網(wǎng)頁(yè)抓取[1]、中文分詞技術(shù)[6]外還涉及到了3項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：信息過(guò)濾技術(shù)、分頁(yè)式倒排索引技術(shù)以及語(yǔ)義檢索技術(shù)。

2.1 信息過(guò)濾

為了有效地減小索引規(guī)模和提高系統(tǒng)效率，AgriRoom采用了一種基于網(wǎng)頁(yè)分類技術(shù)和多元回歸分析[7]的信息過(guò)濾模型如圖2所示。整個(gè)工作流程可以分為訓(xùn)練過(guò)程和測(cè)試過(guò)程。在訓(xùn)練過(guò)程中，訓(xùn)練集實(shí)例經(jīng)過(guò)預(yù)處理（文本抽取、中文分詞）、抽取特征項(xiàng)、向量表示后，構(gòu)建多元線性回歸的數(shù)學(xué)模型，最后進(jìn)行回歸分析獲得回歸方程;在信息過(guò)濾過(guò)程中，每一個(gè)待過(guò)濾的中文網(wǎng)頁(yè)經(jīng)過(guò)預(yù)處理、向量表示后，代入多元回歸方程中，判定該網(wǎng)頁(yè)是否為農(nóng)業(yè)網(wǎng)頁(yè)。

從圖2可以看出，構(gòu)建該信息過(guò)濾模型的關(guān)鍵因素包括：建立訓(xùn)練集、網(wǎng)頁(yè)預(yù)處理、特征選擇算法、多元線性回歸分析：

1）建立訓(xùn)練集。訓(xùn)練集是研究的起點(diǎn)和基礎(chǔ)，但是與眾多的面向英文的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)頁(yè)訓(xùn)練集相比，標(biāo)準(zhǔn)的中文網(wǎng)頁(yè)訓(xùn)練集的起步很晚。到目前為止，只有一些中文文本訓(xùn)練集，還沒(méi)有出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的中文網(wǎng)頁(yè)訓(xùn)練集。為了解決該問(wèn)題，動(dòng)員100個(gè)學(xué)生手工在互聯(lián)網(wǎng)上采集農(nóng)業(yè)網(wǎng)頁(yè)50 000張，其中，35 000張作為訓(xùn)練集，15 000張作為測(cè)試集;然后，以百度作為網(wǎng)絡(luò)蜘蛛的種子站點(diǎn)，在互聯(lián)網(wǎng)上隨機(jī)抓取 12 000張網(wǎng)頁(yè)，人工挑出7 000張非農(nóng)業(yè)網(wǎng)頁(yè)，其中的4 000張作為訓(xùn)練集，3 000張作為測(cè)試集。通過(guò)反復(fù)測(cè)試，最終確定訓(xùn)練集實(shí)例用于信息過(guò)濾。

2）網(wǎng)頁(yè)預(yù)處理。網(wǎng)頁(yè)預(yù)處理過(guò)程主要包括網(wǎng)頁(yè)正文抽取;借助于中文分詞工具對(duì)抽取后的文本進(jìn)行中文分詞;對(duì)分詞后的結(jié)果建立索引。

3）特征選擇算法。特征詞不但是用來(lái)建立回歸模型的因子，也是區(qū)分農(nóng)業(yè)網(wǎng)頁(yè)和非農(nóng)業(yè)網(wǎng)頁(yè)的最關(guān)鍵因素，特征詞選取方法將對(duì)模型的識(shí)別效果產(chǎn)生重大影響。文本在深入研究了中文網(wǎng)頁(yè)分類中典型的特征詞提取方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用提出了一種新的特征詞選取方法，其步驟如下：

a.從農(nóng)業(yè)訓(xùn)練集索引文件中獲取農(nóng)業(yè)訓(xùn)練集分詞結(jié)果集合Term1（t1，t2，…，tn）和對(duì)應(yīng)文檔頻率集合Df1（df1，df2，…，dfn）;

b.從非農(nóng)業(yè)訓(xùn)練集索引文件中獲取非農(nóng)業(yè)訓(xùn)練集分詞結(jié)果集合Term2（t1，t2，…，tm）和對(duì)應(yīng)文檔頻率集合Df2（df1，df2，…，dfm）;

c.從集合Df1中查詢Term1中所有詞條ti的文檔頻率，記為ny_dfi，再?gòu)募螪f2中查詢?cè)~ti的文檔頻率dfi，記為fny_dfi，計(jì)算詞條ti在農(nóng)業(yè)訓(xùn)練集和非農(nóng)業(yè)訓(xùn)練集中文檔頻率差值的絕對(duì)值C，即C=ABS（ny_dfi-fny_dfi）。對(duì)詞條ti按C值逆序排序，選取C值大于預(yù)先設(shè)定的閾值的詞條ti為區(qū)分農(nóng)業(yè)網(wǎng)頁(yè)和非農(nóng)業(yè)網(wǎng)頁(yè)的特征詞。通過(guò)分別比較不同分詞工具的特征詞選取結(jié)果，最終確定了前100個(gè)特征詞（表1）。

4）多元線性回歸分析。多元回歸分析[8]是一種處理自變量與因變量的統(tǒng)計(jì)相關(guān)關(guān)系的一種數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法。雖然自變量和因變量之間沒(méi)有確定性的函數(shù)關(guān)系，但可以設(shè)法找出最能代表它們之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)形式。回歸分析有很廣泛的應(yīng)用，例如經(jīng)驗(yàn)公式的求得、因素分析、產(chǎn)品質(zhì)量的控制等。在進(jìn)行中文農(nóng)業(yè)網(wǎng)頁(yè)識(shí)別過(guò)程中，利用獲得的前40個(gè)特征詞和MATLAB進(jìn)行多元線性回歸分析，最終獲得可用于分類的回歸方程，即分類器：y= -0.368 4+0.187 4x[0]+0.210 4x[1]+0.202 4x[2]+0.125 8x[3]+0.364 2x[4]+0.188 2x[5]+0.135 7x[6]+0.083 7x[7]+0.126 8x[8]+0.045 5x[9]+0.061 6x[10]+0.053 8x[11]+0.105 0x[12]+0.097 0x[13]+0.404 0x[14]+0.071 1x[15]-0.018 4x[16]+0.076 1x[17]-0.372 7x[18]+0.118 8x[19]-0.098 9x[20]+0.078 7x[21]+0.065 8x[22]-0.088 4x[23]-0.054 9x[24]-0.028 5x[25]+0.047 5x[26]-0.083 6x[27]+0.036 6x[28]-0.134 3x[29]+0.003 4x[30]+0.004 5x[31]+0.034 4x[32]+0.045 6x[33]+0.020 3x[34]+0.038 0x[35]-0.063 9x[36]-0.026 6x[37]+0.092 7x[38]-0.083 2x[39]。

式中的x[i]為第i個(gè)特征詞的對(duì)應(yīng)值，若該詞在網(wǎng)頁(yè)中出現(xiàn)了，x[i]的值為1，否則為0;最終計(jì)算出的y值如果大于0，說(shuō)明網(wǎng)頁(yè)為農(nóng)業(yè)網(wǎng)頁(yè)，否則不是農(nóng)業(yè)網(wǎng)頁(yè)。

2.2 分頁(yè)式倒排索引

為了解決常規(guī)倒排索引的檢索效率低、不易更新等缺點(diǎn)[9]，AgriRoom采用一種分頁(yè)式倒排索引結(jié)構(gòu)（圖3）。該倒排索引的存儲(chǔ)模式采用數(shù)據(jù)庫(kù)與磁盤文件混合存儲(chǔ)，只將文檔集合D存入數(shù)據(jù)庫(kù)中而將詞條集合T和倒排索引集合IT存入磁盤文件中。為了提高檢索速度，AgriRoom將倒排索引散列為100份。每個(gè)文件夾下有3個(gè)文件，分別是IND、SITES和URLS，均為順序文件。其中，IND文件中存儲(chǔ)了每個(gè)詞條在SITES文件中的偏移量（SitesOffset），包含該詞條的站點(diǎn)個(gè)數(shù)（SiteCount）、該詞條的文檔個(gè)數(shù)（UrlCount）以及詞條在文檔集合D中出現(xiàn)的總次數(shù)（TotalCount）。SITES文件中存儲(chǔ)了詞條在各站點(diǎn)（Site_ID）倒排索引中的偏移量（UrlsOffset）。URLS文件存儲(chǔ)詞條的倒排索引并按照Site_ID聚合。

為了提高倒排索引的檢索和更新效率，倒排索引文件在磁盤中以分頁(yè)方式存儲(chǔ)[10]。為了減少文件頁(yè)內(nèi)碎片，AgriRoom將倒排索引集合IT存入多個(gè)文件中，每個(gè)文件具有不同頁(yè)大小，并在配置文件中指定每個(gè)文件的路徑、文件名以及頁(yè)大小（頁(yè)大小是文件系統(tǒng)頁(yè)大小的整數(shù)倍）。每個(gè)倒排文件有一個(gè)頭頁(yè)（HeadPage）和若干個(gè)數(shù)據(jù)頁(yè)（DataPage）。在頭頁(yè)中存儲(chǔ)該文件的頁(yè)大小（PageSize）、頁(yè)個(gè)數(shù)（PageCount）以及下一個(gè)空閑頁(yè)的頁(yè)號(hào)（NextFreePageNo）。在數(shù)據(jù)頁(yè)中存儲(chǔ)該頁(yè)的頁(yè)號(hào)（PageNo），如果單個(gè)詞條的倒排索引數(shù)據(jù)長(zhǎng)度大于數(shù)據(jù)頁(yè)的大小則存儲(chǔ)下一個(gè)數(shù)據(jù)頁(yè)的頁(yè)號(hào)（NextPageNo）、索引長(zhǎng)度以及索引數(shù)據(jù)。一個(gè)數(shù)據(jù)頁(yè)中最多只能存一個(gè)詞條的倒排索引數(shù)據(jù)。由于HASH數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在內(nèi)存中的等值查找性能最好，所以詞條集合T和倒排索引集合IT在內(nèi)存中以HASH數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)以提高檢索效率。倒排文件和詞典文件在磁盤和內(nèi)存中的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

2.3 基于雙重語(yǔ)義空間的語(yǔ)義檢索模型

檢索技術(shù)是智能中文農(nóng)業(yè)垂直搜索引擎實(shí)現(xiàn)高效檢索的核心技術(shù)之一，針對(duì)語(yǔ)義檢索的現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，AgriRoom采用了一種新型的基于雙重語(yǔ)義空間的語(yǔ)義檢索模型[11]。該檢索模型的基本思路是將檢索過(guò)程分解為兩個(gè)階段：①利用改進(jìn)后的隨機(jī)索引技術(shù)[11]生成農(nóng)業(yè)測(cè)試集的文檔空間和詞空間，然后獲得查詢句的語(yǔ)義向量，與文檔空間中的向量進(jìn)行比較，獲得初選文檔列表;②利用潛在語(yǔ)義分析技術(shù)生成文檔空間的文檔相似度矩陣[12]，利用文檔間的相似度值，對(duì)初選文檔列表中大于指定閾值的文檔查找相關(guān)文檔，并更新文檔列表，最終獲得結(jié)果列表返回給用戶。AgriRoom的語(yǔ)義檢索模型見(jiàn)圖5。

3 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

基于系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)和相關(guān)研究成果，課題組構(gòu)建了功能完備的智能中文農(nóng)業(yè)垂直搜索引擎AgriRoom。從種子站點(diǎn)開(kāi)始抓取互聯(lián)網(wǎng)中的相關(guān)網(wǎng)頁(yè)，并經(jīng)過(guò)信息過(guò)濾后，建立農(nóng)業(yè)網(wǎng)頁(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)和分頁(yè)式倒排索引庫(kù)，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的語(yǔ)義分析后，建立語(yǔ)義索引庫(kù)，最終能夠?yàn)橛脩籼峁┓奖恪?zhǔn)確的農(nóng)業(yè)信息檢索服務(wù)。

3.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境與工具

系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的硬件環(huán)境為：64位曙光刀片服務(wù)器，其主要配置為4 GB內(nèi)存，260 GB硬盤容量;軟件配置為：Redhat Linux操作系統(tǒng)，其內(nèi)核為2.6.31.5-127.fc12.i686.PAE，編譯器為GCC 4.4.2，Web服務(wù)器為Apache 2.x。系統(tǒng)的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)為：MySQL。

4 小結(jié)

面對(duì)海量的互聯(lián)網(wǎng)信息資源，如何快速而有效地獲取個(gè)性化的農(nóng)業(yè)知識(shí)和信息資源成為數(shù)字農(nóng)業(yè)迫切需要解決的問(wèn)題。智能中文農(nóng)業(yè)垂直搜索引擎的出現(xiàn)將有效解決農(nóng)業(yè)信息“迷航”問(wèn)題。因此研究構(gòu)建了智能中文農(nóng)業(yè)垂直搜索引擎的關(guān)鍵技術(shù)，提出了基于網(wǎng)頁(yè)分類和多元線性回歸分析的信息過(guò)濾技術(shù)、分頁(yè)式倒排索引技術(shù)以及基于隨機(jī)索引和潛在語(yǔ)義分析的語(yǔ)義檢索模型。最終，構(gòu)建了功能完備的智能中文農(nóng)業(yè)垂直搜索引擎AgriRoom。經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用證明，該系統(tǒng)能夠?yàn)橛脩籼峁┓奖恪?zhǔn)確的農(nóng)業(yè)信息檢索服務(wù)。

智能農(nóng)業(yè)論文:基于NRF905的智能農(nóng)業(yè)無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：智能農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域推出的第一代擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它是通過(guò)光照、溫度、濕度等無(wú)線傳感器，對(duì)農(nóng)作物溫室內(nèi)的溫度、濕度信號(hào)以及光照、土壤含水量、CO2濃度、葉面濕度、露點(diǎn)溫度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，自動(dòng)開(kāi)啟或者關(guān)閉指定設(shè)備（如遠(yuǎn)程控制澆灌，開(kāi)關(guān)卷簾等）。同時(shí)在溫室現(xiàn)場(chǎng)布置攝像頭等監(jiān)控設(shè)備，實(shí)時(shí)采集視頻信號(hào)。用戶通過(guò)電腦或智能手機(jī)終端，隨時(shí)隨地觀察現(xiàn)場(chǎng)情況，查看現(xiàn)場(chǎng)溫濕度等數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程智能調(diào)節(jié)指定設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)，為農(nóng)業(yè)綜合生態(tài)信息檢測(cè)，對(duì)環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)控制和智能化管理提供科學(xué)依據(jù)。前端設(shè)備支持多種傳感器的接口，同時(shí)支持音頻，視頻功能，可以有效的為農(nóng)業(yè)專家提供第一手的現(xiàn)場(chǎng)專業(yè)數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞： 智能農(nóng)業(yè)；無(wú)線傳感器；遠(yuǎn)程監(jiān)控；實(shí)時(shí)采集

一、物聯(lián)網(wǎng)概述

（一）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的背景

物聯(lián)網(wǎng)被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被譽(yù)為全球一個(gè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，國(guó)家和政府部門非常注重物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，據(jù)新華社報(bào)道，在各省啟動(dòng)的十二五規(guī)劃中，有23個(gè)省份將物聯(lián)網(wǎng)作為重要的發(fā)展目標(biāo)。

物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of things）是指通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、傳感器、全球定位系統(tǒng)（GPS）、二維碼等信息感知設(shè)備，按約定的協(xié)議連接起來(lái)，通過(guò)有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的組織模式進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、數(shù)據(jù)采集、智能控制、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，既能改變粗放的農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)管理方式，也能提高動(dòng)植物疫情疫病防控能力，確保農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，引領(lǐng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是將大量的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)各種傳感器采集信息，以幫助農(nóng)民及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并且準(zhǔn)確地確定發(fā)生問(wèn)題的位置，這樣農(nóng)業(yè)將逐漸地從以人力為重心、依賴于孤立機(jī)械的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)向以信息和技術(shù)為中心，大規(guī)模地使用各種自動(dòng)化、智能化、遠(yuǎn)程控制的設(shè)備的生產(chǎn)模式。

短距離無(wú)線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)一般情況下由終端節(jié)點(diǎn)、通信系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)及管理器節(jié)點(diǎn)組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

（二）智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的功能介紹

物聯(lián)網(wǎng)智能農(nóng)業(yè)平臺(tái)系統(tǒng)由前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無(wú)線傳輸系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和專家系統(tǒng)組成，其各部分系統(tǒng)功能介紹如下：

1.智能農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)溫室內(nèi)部光照、溫度、濕度和土壤含水量等傳感器采集的數(shù)據(jù)以及視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的采集和管理。可為用戶在電腦與手機(jī)終端上實(shí)時(shí)、直觀的展示采集到的數(shù)據(jù)。用戶可以在平臺(tái)上查看自己需要的數(shù)據(jù)，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、歷史數(shù)據(jù)管理，以及為用戶提供自定義打印報(bào)表，提供各種匯總統(tǒng)計(jì)信息，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)備份等服務(wù)，從而方便的得到數(shù)據(jù)信息，輔助決策等。

實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)主要為各類傳感器采集的數(shù)據(jù)和視頻監(jiān)控采集的現(xiàn)場(chǎng)視頻數(shù)據(jù)。溫度包括空氣溫度、淺層土壤溫度（土下2cm）、深層土壤溫度（土下5cm）；濕度主要包括空氣的濕度、淺層土壤含水量（土下2cm）、深層土壤含水量（土下5cm）。傳感器采集數(shù)據(jù)的上傳采用ZigBee無(wú)線傳輸模式，ZigBee發(fā)送模塊將傳感器的采集數(shù)據(jù)傳送到ZigBee節(jié)點(diǎn)上。

用戶可以在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上或通過(guò)手機(jī)終端等查看現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)，并且在界面上可顯示實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的曲線圖。

2.智能農(nóng)業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用高精度攝像機(jī)對(duì)農(nóng)田或大棚等進(jìn)行視頻監(jiān)控，系統(tǒng)清晰度和穩(wěn)定性等參數(shù)均符合國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

在大棚內(nèi)安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)，平臺(tái)將視頻監(jiān)控文件進(jìn)行處理傳給后臺(tái)管理子系統(tǒng)，可在微機(jī)終端進(jìn)行查看，后臺(tái)管理系統(tǒng)將視頻監(jiān)控文件進(jìn)行處理通過(guò)WAP方式利用手機(jī)終端進(jìn)行查看。企業(yè)管理層或相關(guān)管理結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)人可通過(guò)手機(jī)視頻來(lái)了解農(nóng)業(yè)示范區(qū)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)情況。系統(tǒng)可以通過(guò)視頻監(jiān)控植物的成長(zhǎng)過(guò)程（實(shí)時(shí)、錄像）供遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)。

3.智能農(nóng)業(yè)預(yù)警系統(tǒng)

當(dāng)采集數(shù)據(jù)超過(guò)系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置的限制是，將開(kāi)啟系統(tǒng)報(bào)警功能，并發(fā)送短信告知相關(guān)管理人員，便于對(duì)農(nóng)作物生產(chǎn)的管理。

4.智能農(nóng)業(yè)設(shè)備遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

設(shè)備遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)主要有控制設(shè)備和相應(yīng)的繼電器控制器控制電路組成，通過(guò)繼電器可以自由控制各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，包括噴淋、滴灌等噴水系統(tǒng)和卷簾、風(fēng)機(jī)等空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)等。用戶可通過(guò)電腦或手機(jī)終端對(duì)設(shè)備直接操控，完成日常工作。

二、NRF905的概述

（一）NRF905概述

NRF905單片無(wú)線收發(fā)器是挪威Nordic公司推出的單片射頻發(fā)射器芯片，工作電壓為1.9-3.6V，32引腳QFN封裝（5mm×5mm），工作于433/868/915MHz 3個(gè)ISM頻道，頻道之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間小于650us.自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和CRC校驗(yàn)碼，可以很容易通過(guò)SPI接口進(jìn)行編程配置。[8] 外圍器件連接簡(jiǎn)單，無(wú)需外部SAW濾波器。芯片內(nèi)部本身附帶功率放大器、頻率合成器、調(diào)制器和晶體振蕩器等部分，其中輸出功率以及通信頻道可通過(guò)編寫程序進(jìn)行配置。從NRF905的芯片手冊(cè)中查到，其功耗十分小，當(dāng)以10dBm 的功率發(fā)射時(shí)，工作電流僅有 30mA，同時(shí)支持多種低功率工作模式，待機(jī)模式下電流僅為12.5μA，節(jié)能設(shè)計(jì)更加方便。

（二）工作原理

該系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)的是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線收發(fā)數(shù)據(jù)的過(guò)程，單片機(jī)將地址和數(shù)據(jù)寫完后，就要控制NRF905無(wú)線收發(fā)模塊將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送出去，NRF905發(fā)送模式會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生字頭和CRC校驗(yàn)碼，當(dāng)發(fā)送過(guò)程完成后，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳（即DR）通知單片機(jī)數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。下面是NRF905發(fā)送數(shù)據(jù)的流程：（1）當(dāng)單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，根據(jù)時(shí)序圖將要發(fā)送的數(shù)據(jù)以及接收機(jī)的地址通過(guò)SPI接口傳送給NRF905，SPI接口的速率在通信協(xié)議和期器件配置時(shí)已經(jīng)確定；（2）通過(guò)單片機(jī)置高TRX_CE和TX_EN，激發(fā)NRF905的射頻發(fā)送（ShockBurstTM）模式；（3）NRF905的ShockBurstTM發(fā)送；（4）若單片機(jī)將AUTO_RETRAN寄存器設(shè)置為高電平時(shí)，此指令表明需要再次發(fā)送數(shù)據(jù)，NRF905無(wú)線模塊將實(shí)施重發(fā)，持續(xù)到STC89C516RD+單片機(jī)將TRX_CE變?yōu)榈碗娖綖橹梗唬?）當(dāng)TRX_CE被置低時(shí)，表示NRF905發(fā)送數(shù)據(jù)過(guò)程完成，芯片將自動(dòng)進(jìn)入空閑模式。[14]

三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)的通信底板以STC89C516RD+單片機(jī)為核心，通過(guò)Altium Designer軟件自行設(shè)計(jì)通信子系統(tǒng)的PCB板，將NRF905無(wú)線收發(fā)模塊安放在預(yù)先設(shè)計(jì)好的的系統(tǒng)板上。串口電路部分采用MAX232芯片，外圍搭建光照強(qiáng)度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器等，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，同時(shí)有效的節(jié)約了成本。

四、系統(tǒng)運(yùn)行流程

軟件構(gòu)架。本系統(tǒng)工作時(shí)首先節(jié)點(diǎn)1先設(shè)定為發(fā)送模式，通過(guò)外接各種傳感器將采集到的數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)給節(jié)點(diǎn)2，然后等待節(jié)點(diǎn)2接收，當(dāng)節(jié)點(diǎn)2得到正確的數(shù)據(jù)之后，又將反饋信息發(fā)送給節(jié)點(diǎn)1，當(dāng)節(jié)點(diǎn)1得收正確的反饋信息之后，系統(tǒng)板上的LED燈將會(huì)點(diǎn)亮，則說(shuō)明發(fā)送接收成功。

五、運(yùn)行結(jié)果

系統(tǒng)硬件連接實(shí)物圖如圖2所示。

數(shù)據(jù)收發(fā)完全正確，其結(jié)果顯示如圖3所示。

短距離無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以其低功耗、數(shù)據(jù)傳輸可靠、信息容量大等特點(diǎn)正被應(yīng)用到廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。本文首先對(duì)其發(fā)展前景和應(yīng)用現(xiàn)狀及無(wú)線通信系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用進(jìn)行了概述，重點(diǎn)是對(duì)本課題所采用的STC89C516RD+型單片機(jī)與無(wú)線收發(fā)模塊NRF905，再使用LCD液晶顯示器進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示來(lái)完成NRF905的無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)短距離無(wú)線通信技術(shù)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了較為詳細(xì)的論述，對(duì)其發(fā)展前景也進(jìn)行了深入的研究。

無(wú)線通信技術(shù)，正在迅猛發(fā)展并廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。本文對(duì)其在盲區(qū)無(wú)線智能通信系統(tǒng)中的應(yīng)用作了一些有益的研究并取得了一些成果，但仍有許多問(wèn)題可待進(jìn)一步的研究解決。（1）提高節(jié)點(diǎn)集成化，縮小體積。本文制作完成的節(jié)點(diǎn)是由微控制系統(tǒng)板和射頻通信板組成的，體積較大。在以后的電子技術(shù)發(fā)展中可以同時(shí)將射頻通信系統(tǒng)和微控制系統(tǒng)以及一些相關(guān)應(yīng)用集成到同一芯片上，將會(huì)極大縮小節(jié)點(diǎn)體積。（2）能耗管理智能化研究，進(jìn)一步降低能耗。本文所作研究對(duì)能耗管理方面通過(guò)采用系統(tǒng)定時(shí)休眠來(lái)達(dá)到節(jié)能的目的。進(jìn)行能耗管理提高系統(tǒng)自身運(yùn)行的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用時(shí)間，最終提高了系統(tǒng)自身的應(yīng)用效益。

利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸是農(nóng)業(yè)環(huán)境測(cè)控系統(tǒng)通信問(wèn)題的有效方法。將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)環(huán)境信息采集與監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)用于農(nóng)業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)的接收、實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)，并通過(guò)無(wú)線方式實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程管理中心的通信，成功地解決了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)下的各種問(wèn)題，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)必將更大更廣闊的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

[作者簡(jiǎn)介]葛付偉，南開(kāi)大學(xué)濱海學(xué)院電子科學(xué)系，教師；毛建新，南開(kāi)大學(xué)濱海學(xué)院電子科學(xué)系，本科在讀。

智能農(nóng)業(yè)論文:基于ZigBee技術(shù)的智能農(nóng)業(yè)大棚的研究

【摘要】智能農(nóng)業(yè)控制通過(guò)實(shí)時(shí)采集農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)溫度、濕度信號(hào)以及光照、土壤溫度、土壤水分等環(huán)境參數(shù)，自動(dòng)開(kāi)啟或者關(guān)閉指定設(shè)備;可以根據(jù)用戶需求，隨時(shí)進(jìn)行處理。本文提出了利用ZigBee技術(shù)進(jìn)行無(wú)線傳感的智能農(nóng)業(yè)大棚設(shè)計(jì)，為農(nóng)業(yè)生態(tài)信息自動(dòng)監(jiān)測(cè)、對(duì)設(shè)施進(jìn)行自動(dòng)控制和智能化管理提供科學(xué)依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】ZigBee;智能;農(nóng)業(yè)大棚;物聯(lián)網(wǎng)

一、概述

“物聯(lián)網(wǎng)”被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)一方面可以提高經(jīng)濟(jì)效益，大大節(jié)約成本;另一方面可以為全球經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇提供技術(shù)動(dòng)力。

智能控制是為了達(dá)到節(jié)能、舒適、便利的目的，要求對(duì)市政、家庭、農(nóng)業(yè)等的智能控制和監(jiān)視制定細(xì)致的策略和方案。但是，傳統(tǒng)的智能控制系統(tǒng)由于很多因素的制約，很難達(dá)到要求。為了解決這些問(wèn)題，業(yè)界嘗試了很多辦法，但基本上都屬于封閉式的，多采用私有協(xié)議，彼此間難以互通，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不透明，靈活性、擴(kuò)充性不佳。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，智能控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是走向開(kāi)放，尤其是智能控制與互聯(lián)網(wǎng)的融合是其中一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。

二、智能農(nóng)業(yè)大棚的應(yīng)用分析

通過(guò)對(duì)農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)的溫濕度信號(hào)、光照度以及土壤的水分等參數(shù)的采集，能夠根據(jù)用戶設(shè)定的參數(shù)，自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉設(shè)備，來(lái)達(dá)到大棚內(nèi)的參數(shù)平衡。這樣，可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)信息的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，對(duì)大棚內(nèi)設(shè)施進(jìn)行自動(dòng)控制和智能化管理。

大棚監(jiān)控及智能控制解決方案是通過(guò)光照、溫度、濕度等無(wú)線傳感器，對(duì)農(nóng)作物溫室內(nèi)的溫度，濕度信號(hào)以及光照、土壤溫度、土壤含水量、CO濃度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，自動(dòng)開(kāi)啟或者關(guān)閉指定設(shè)備（如遠(yuǎn)程控制澆灌、開(kāi)關(guān)卷簾等）。在每個(gè)智能農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)部署空氣溫濕度傳感器2只，用來(lái)監(jiān)測(cè)大棚內(nèi)空氣溫度、空氣濕度參數(shù);每個(gè)農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)部署土壤溫度傳感器2只、土壤濕度傳感器2只、光照度傳感器2只，用來(lái)監(jiān)測(cè)大棚內(nèi)土壤溫度、土壤水分、光照度等參數(shù)。所有傳感器一律采用直流24V電源供電，大棚內(nèi)僅需提供交流220V市電即可。 每個(gè)農(nóng)業(yè)大棚園區(qū)部署1套采集傳輸設(shè)備（包含中心節(jié)點(diǎn)、無(wú)線3G路由器、無(wú)線3G網(wǎng)卡等），用來(lái)傳輸各農(nóng)業(yè)大棚的傳感器數(shù)據(jù)、設(shè)備控制指令數(shù)據(jù)等到internet上與平臺(tái)服務(wù)器交互。 在每個(gè)需要智能控制功能的大棚內(nèi)安裝智能控制設(shè)備1套（包含一體化控制器、擴(kuò)展控制配電箱、電磁閥、電源轉(zhuǎn)換適配設(shè)備等），用來(lái)傳遞控制指令、響應(yīng)控制執(zhí)行設(shè)備。實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚內(nèi)的電動(dòng)卷簾、智能噴水、智能通風(fēng)等行為的實(shí)現(xiàn)。

三、系統(tǒng)架構(gòu)研究

1、總體架構(gòu)

系統(tǒng)的總體架構(gòu)分為傳感信息采集、視頻監(jiān)控、智能分析和遠(yuǎn)程控制四部分。

2、傳感信息采集分析：

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)溫室內(nèi)部光照、溫度、濕度和土壤含水量以及視頻等數(shù)據(jù)的采集和控制。數(shù)據(jù)傳感器的上傳采用ZigBee無(wú)線傳感模式。 傳感器的數(shù)據(jù)上具有Zigbee模式和RS485模式兩種，RS485模式中數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)有線的方式傳送，涉及大量的通訊布線。而在Zigbee傳輸模式中，傳感器數(shù)據(jù)通過(guò)Zigbee發(fā)送模塊傳送到Zigbee中心節(jié)點(diǎn)上，用戶終端和一體化控制器間傳送的控制指令也通過(guò)Zigbee發(fā)送模塊傳送到中心節(jié)點(diǎn)上，省去了通訊線纜的部署工作。中心節(jié)點(diǎn)再經(jīng)過(guò)邊緣網(wǎng)關(guān)將傳感器數(shù)據(jù)、控制指令發(fā)送到上位機(jī)的業(yè)務(wù)平臺(tái)。用戶可以通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)/無(wú)線網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)上位機(jī)系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大棚現(xiàn)場(chǎng)的傳感器參數(shù)，控制大棚現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)設(shè)備。Zigbee模式具有部署靈活、擴(kuò)展方便等優(yōu)點(diǎn)。所以，在這里我們采用的是Zigbee模式。

3、控制系統(tǒng)分析：

控制系統(tǒng)主要由一體化控制器、執(zhí)行設(shè)備和相關(guān)線路組成，通過(guò)一體化控制器可以自由控制各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)執(zhí)行設(shè)備，包括噴水系統(tǒng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)等，噴水系統(tǒng)可支持噴淋、滴灌等多種設(shè)備，空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)可支持卷簾、風(fēng)機(jī)等設(shè)備。 采集傳輸部分主要將設(shè)備采集到的數(shù)值傳送到服務(wù)器上，現(xiàn)有大棚設(shè)備支持3G、有線等多種數(shù)據(jù)傳輸方式，在傳輸協(xié)議上支持IPv4現(xiàn)網(wǎng)協(xié)議及下一代互聯(lián)網(wǎng)IPv6協(xié)議。 業(yè)務(wù)平臺(tái)負(fù)責(zé)對(duì)用戶提供智能大棚的所有功能展示，主要功能包括環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)空間/時(shí)間分布、歷史數(shù)據(jù)、超閾值告警和遠(yuǎn)程控制五個(gè)方面。用戶還可以根據(jù)需要添加視頻設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控功能。數(shù)據(jù)空間/時(shí)間分布將系統(tǒng)采集到的數(shù)值通過(guò)直觀的形式向用戶展示時(shí)間分布狀況（折線圖）和空間分布狀況（場(chǎng)圖）、歷史數(shù)據(jù)可以向用戶提供歷史一段時(shí)間的數(shù)值展示;超閾值告警則允許用戶制定自定義的數(shù)據(jù)范圍，并將超出范圍的情況反映給用戶。

四、智能農(nóng)業(yè)大棚主要功能

1、數(shù)據(jù)采集

能夠?qū)χ悄苻r(nóng)業(yè)大棚內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)線采集，可以采集內(nèi)部的溫濕度、光照、以及土壤的水分等參數(shù)。

2、視頻監(jiān)控

用戶能夠?qū)崟r(shí)地通過(guò)電腦或手機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，觀察大棚內(nèi)作物生長(zhǎng)狀況。

3、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

系統(tǒng)能夠?qū)v史數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，以便日后對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，方便日后查詢。

4、數(shù)據(jù)分析

系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線圖或柱狀圖分析，生成報(bào)表，根據(jù)分析后的數(shù)據(jù)，可以由此判斷出在什么條件下更適宜農(nóng)作物的生長(zhǎng)，為以后種植的提供依據(jù)。

5、遠(yuǎn)程控制

只要能夠聯(lián)網(wǎng)，在任何時(shí)刻都可以對(duì)大棚內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，以調(diào)節(jié)內(nèi)部的參數(shù)。

6、超限報(bào)警

用戶可以自行設(shè)置超限值，當(dāng)參數(shù)越過(guò)超限值時(shí)，可以通過(guò)監(jiān)控器或手機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警，以便及時(shí)提醒用戶。

五、結(jié)束語(yǔ)

隨著物聯(lián)網(wǎng)的普及，智能農(nóng)業(yè)大棚將會(huì)在以后扮演越來(lái)越重要的角色。對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起著非常重要的作用，同時(shí)也會(huì)推動(dòng)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展。