智慧农业的物联网系统设计方法
原创 李耀东 农业信息化 2024年07月10日 11:09 北京
本文收录于《农业工程技术-农业信息化》2024年第1期，目次06
（图片来自网络侵删）摘要：该文旨在深入研究面向智慧农业的物联网系统设计方法。首先，通过对物联网系统设计的优势进行分析，揭示了其在实现农业生产环境智能化管理和农产品安全监管方面的贡献。其次，深入探讨了物联网系统设计的关键要点，包括控制系统体系架构、硬件设计和软件设计，为实现农业生产的智能监测和自动化控制提供了系统性的方法。最后，详细讨论了物联网技术在智慧农业中的两个应用，即视频监控系统和数据处理系统，突出了它们在提高农业生产效率、确保产品质量和实现智能决策方面的重要作用。
关键词：智慧农业；物联网系统设计；设计方法
在当今科技飞速发展的时代，智慧农业正逐渐崭露头角，成为农业领域的一项重要创新。物联网技术作为推动智慧农业发展的关键驱动力之一，为农业生产注入了新的活力和智能。因此，该文将专注于面向智慧农业的物联网系统设计方法，深入探讨传感器技术、通信协议、数据处理与分析等多个关键要点，旨在为农业管理提供更先进、科学的解决方案，推动农业迈向更为智能、高效的未来。
1面向智慧农业的物联网系统设计优势
1.1 有助于实现对农业生产环境的智能化管理
面向智慧农业的物联网系统设计具有显著的优势，其中之一是其有助于实现对农业生产环境的智能化管理[1]。首先，该系统能够实时监测农业生产环境中的多种参数，如土壤湿度、温度、光照、气象等。这些传感器通过物联网连接，将采集到的数据传输到中央控制系统，为农民提供了对农田状况的准确了解。这种实时监测的能力使农民能够更加敏锐地察觉潜在问题，及时做出反应，从而有效降低了生产风险。其次，物联网系统通过数据分析，可以提供决策支持和智能化的管理建议。通过对大量采集的数据进行分析，系统能够识别出植物生长的趋势、土壤质量的变化等关键信息。
1.2 有助于实现对农产品质量安全的有效监管
面向智慧农业的物联网系统设计在实现对农产品质量安全的有效监管方面具有重要优势。首先，物联网系统可以实时监测农田和养殖场的环境因素，包括土壤质量、水质情况、气象条件等。通过即时获取这些关键数据，监管机构可以对生产环境进行实时评估，及时发现可能对农产品质量产生影响的因素。其次，物联网系统还可以在农产品生产、储存和运输过程中进行实时监控。通过在生产环节安装传感器，可以监测农药、化肥和其他农产品生产过程中的使用情况。在储存和运输阶段，系统可以追踪产品的温度、湿度和其他环境参数，确保产品在整个供应链中的质量不受损害。
2面向智慧农业的物联网系统设计要点
2.1 智慧农业物联网控制系统体系架构
智慧农业物联网控制系统的体系架构是一个关键的设计要点，它涉及到整个系统的组织结构和模块之间的协作。一个有效的系统架构应当能够整合各种硬件设备、软件模块和通信技术，以实现对农业生产过程的智能监测和自动化控制。在该架构中，首要考虑的是传感器网络，负责实时采集农业环境的各种数据，如土壤湿度、温度、气象信息等[2]。这些传感器通过物联网技术连接到中央控制系统。中央控制系统是整个架构的核心，它负责接收、处理和存储传感器采集的数据。与中央控制系统交互的模块包括数据处理与分析模块。这个模块执行复杂的算法，对采集的数据进行实时分析，从中提取有用的信息，比如植物生长状态、土壤质量等。这些分析结果可以用于制定智能化的农业管理策略。
2.2 智慧农业物联网控制系统硬件设计
智慧农业物联网控制系统的硬件设计是整个系统设计中的关键要点之一。该设计要点包括传感器选择与布置、通信模块、控制器、执行器等多个方面，确保硬件能够稳定、可靠地支持农业生产的监测和控制需求。首先，传感器选择与布置是硬件设计中的基础[3]。合适的传感器选择直接关系到系统对农业环境参数的准确监测。例如，选择土壤湿度、温度、光照等传感器，并合理布置在农田或养殖场地，以确保全面而准确地获取相关数据。其次，通信模块的设计至关重要，用于传输传感器采集的数据到中央控制系统。常见的通信技术包括LoRa、NB-IoT、Wi-Fi等，选择适合农业环境的通信方式，并考虑通信距离、稳定性以及功耗等因素。控制器是整个系统的大脑，负责接收和处理传感器数据，并根据预设的算法进行决策。控制器的选择应考虑处理速度、存储容量以及能耗等因素，以适应实时性要求和系统的稳定性。
2.3 智慧农业物联网控制系统软件设计
智慧农业物联网控制系统的软件设计是确保系统能够高效运行、实现智能化管理和决策的关键要点。该软件设计涉及数据处理、分析算法、控制逻辑、用户界面等多个方面，以实现对农业生产环境的全面监测和智能化控制。首先，数据处理与分析模块是软件设计的核心。这个模块负责接收、存储和处理从传感器采集到的海量数据。有效的数据处理算法需要被设计和实现，以提取有用的信息，比如土壤湿度趋势、气象变化规律等。数据分析的结果将为后续的决策提供基础，支持智能化的农业管理。控制逻辑模块负责根据数据分析的结果生成相应的控制策略，用于调整农业生产环境中的各种参数。这需要结合农业专业知识和实时数据，以确保系统的控制策略科学合理，从而提高农业生产的效益和质量。用户界面设计是软件设计的另一个重要方面。直观、易用的用户界面对农民和农业专业人士是至关重要的，它应当能够清晰地展示农业生产环境的状态、数据分析结果以及控制系统的运行状况。
3物联网技术在智慧农业中的具体应用
3.1 视频监控系统
视频监控系统是物联网技术在智慧农业中的重要应用之一。通过布置摄像头并连接到物联网平台，农场主和农业专业人士可以实时监控农业生产过程中的各个环节，提高生产管理的效率和精准性。首先，视频监控系统在农场的实时监测方面发挥了关键作用。摄像头可以覆盖农场的关键区域，例如田地、温室、牲畜舍等。农民和管理人员可以通过物联网平台远程访问这些摄像头，实时查看农场的实际情况。其次，视频监控系统可以用于安全监控。在农业领域，保护农场免受盗窃、破坏等犯罪行为是至关重要的。摄像头的存在可以起到威慑作用，并在发生异常事件时提供实时警报。这有助于提高农场的安全性，保护农业资产。
3.2 数据处理系统
数据处理系统在智慧农业中的应用是物联网技术的关键方面，它负责接收、存储和处理从各类传感器采集到的大量农业环境数据，为农业生产提供实时的信息和智能决策支持。首先，数据处理系统通过物联网技术实现了对农业环境的实时监测。传感器网络分布在农场的关键区域，监测土壤湿度、温度、气象信息等多种参数。这些数据通过物联网传输到数据处理系统，使农场主和管理人员能够随时随地远程访问，实时了解农业生产环境的状态。其次，数据处理系统负责对采集到的海量数据进行处理和分析。这包括对传感器数据的清洗、过滤以及识别异常值。通过采用先进的数据处理算法，系统能够从原始数据中提取有用的信息，比如土壤的养分水平、植物的生长趋势、气象变化规律等。这种数据处理和分析为农业管理提供了科学依据，帮助农民更好地了解和优化农业生产过程。数据处理系统还可以应用机器学习和人工智能技术，建立预测模型。
4结语
随着物联网技术的不断发展和普及，智慧农业将迎来更广阔的发展前景。通过持续不断的改进和更新，物联网系统将更好地适应农业技术和需求的变化，为农业现代化的进程提供更强有力的支持。总之，面向智慧农业的物联网系统设计方法的研究不仅为农业生产带来技术的创新，也为农业产业的可持续发展奠定了坚实基础。
参考文献：
[1] 曲希源.面向智慧农业的物联网数据采集与传输终端的设计与实现[J].物联网技术, 2023, 13(8):49-50.
[2] 王成旭,陈燕慧.物联网智慧农业控制系统设计[J].现代信息科技, 2022, 6(8):3.
[3] 谌颃,戴华珍,龚文静,等.智慧农业物联网控制系统设计与研究[J].信息记录材料, 2022(4):23.
作者单位：甘肃财贸职业学院
文章源自：农业信息化
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