4.2.1设施农业物联网的架构 (1)课件讲解

《农业装备物联网技术》机电工程学院第四章设施农业物联网技术与应用务本崇实修德精业4.2.1设施农业物联网的架构

2第四章

设施农业物联网技术与应用4.2.1设施农业物联网的架构

4.2.1设施农业物联网的架构31.设施农业物联网的总体架构设施农业物联网总体架构主要分为感知层、网络层和应用层三层，如图4.1所示。

(1)感知层4感知层是设施农业物联网的底层，也是基础层，主要用来获取实时的环境监测数据，数据感知是物联网的核心。感知层的各个节点为智能传感节点，智能传感节点通过传感器获取实时环境信息并自行组网传递到上层网关接入点，由网关将收集到的感应数据通过网络层提交到应用层进行处理。

(1)感知层5感知层主要通过各种传感器如土壤温湿度传感器、空气温湿度传感器、光照强度传感器、土壤有效成分传感器等对农业设施中的土壤温湿度、空气温湿度、光照强度和土壤有效成分进行生长环境的实时监测。

(1)感知层6要对环境条件进行监测和调节，首先必须获取反映设施环境的各种数据信息，这个采集数据的任务就由数据采集系统未完成，传感器是数据采集系统的重要组成部分，由于各环境因素类型和性质不同，数据采集系统就需要采用各种不同功能的传感器，传感器的性能指标直接决定着整个数据采集系统的性能。

(1)感知层7采集后的数据统-传送到计算机进行统计分析然后经过智能化处理后显示出来，计算机智能系统根据显示的数据和作物生长所需的最佳条件进行对比，然后根据具体的环境情况控制相关系统和设备运作，调整各环境因素至最佳状态，确保作物生产科学、有序、规范地进行。

(1)感知层8设施农业可以通过制造良好的人造环境(控制温度、湿度、光照、喷灌量、通风、土壤养分等)，采用温度传感器、湿度传感器、pH传感器、光传感器、离子传感器、生物传感器、CO2传感器等各种电子五宫监测人造环境中的温度、空气湿度、pH、光照强度、土壤氮氧含量、CO2浓度等物理参数，通过各种仪器仪表实时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中，保证农作物有一个良好的、适宜的生长环境。

(1)感知层9数据采集部分由各种各样的检测不同参数的传感器、信号调理电路等组成，实现现场模拟量信息和环境参数的采集，其中对模拟量信息的采集是通过转换电路来实现的。控制执行机构主要由驱动电路和各种执行设备(热风机、喷灌器、遮阳幕、高压纳灯等)组成，单片机通过将采集的环境数据和设定的阈值进行比较处理，发出控制信号，传输给相应的环境调节装置，从而对环境进行调节。主要硬件结构框图如图4.2所示。

(1)感知层10

(1)感知层11由各路传感器所测得的模拟信号经过A/D转换后被送人单片机进行预处理，通过预处理的数字信号由发送模块发送出去。当接收模块接收到处理后的信号之后，由单片机进一步作数据处理，通过农业操作人员或农业专家的分析，做出决策，发出控制信息，然后经过D/A转换去控制执行机构。上位机可与单片机之间进行数据交换。

(1)感知层12传感器采用间歇的供电方式，即在测量时段内，对传感器供电并进行数据采样，当完成数据传输后，切断传感器的供电，系统进入低功耗休眠状态，可以保证温室内用电池供电的下位机能长期工作。

(2)网络层13网络层主要负责设施农业物联网的数据传输，建立在移动网络和互联网络之上，主要包括信息存储查询、网络管理等功能。网络层将接收到的感知层的各类型数据通过网络传输至对应的数据处理中心，由应用层进行处理，同时对应用层发出的命令信息，传输至下端的环境控制设备，进行环境调节。

(2)网络层14数据传感器的上传部署分为无线版和有线版两种。无线版采用ZigBee发送模块将传感器的数值传送到ZigBee节点上；有线版采用电缆方式将数据传送到RS485节点上。无线版具有部署灵活、扩展方便等优点，有线版具有高速部署、数据稳定等优点。

(2)网络层15在传统的设施农业监测系统中，传感器所测得的信号通常是用导线进行传输的。这种传输方式常常会带来干扰噪声和信号衰减。对于远距离或多点测量，众多的传输线还会使生产成本增加，传输线之间也会产生相互影响。

(2)网络层16如果测量点在猪、牛、羊等的禽舍内或长势旺盛的作物区域内，则信号传输线的铺设将会异常困难。如果采用无线传输的方式，则会克服以上测量系统中的不足。无线传输部分工作原理框图如图4.3所示。

(2)网络层17ZigBee是目前众多无线传感器网络技术中的一种主要技术，它是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，ZigBee无线的传输带宽范围为20~250Kb/S，适合传感器数据采集和控制数据的传输。它主要应用于近距离的无线数据传输。

(2)网络层18另外，多个ZigBee无线小网络可以组建大规模网络，网络节点容量达到65535个，组网优势非常明显。ZigBee技术以其设备成本低、

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