題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項目名稱：
- 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境無線監(jiān)控系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 作品在“感知中國”背景下，針對設(shè)施農(nóng)業(yè)人工小氣候管理需求，研制了基于物聯(lián)網(wǎng)的通用無線監(jiān)控系統(tǒng)，包括監(jiān)控節(jié)點、嵌入式網(wǎng)關(guān)、通訊服務(wù)器、信息服務(wù)網(wǎng)站，制定了標(biāo)準(zhǔn)交互協(xié)議。作品可根據(jù)應(yīng)用需求實現(xiàn)不同環(huán)境因子感知和控制，采用多種無線技術(shù)，支持單基地與多基地應(yīng)用模式，具有圖形化農(nóng)業(yè)常用信息統(tǒng)計，積溫、氣溫日較差等農(nóng)情參數(shù)分析，災(zāi)害小氣候?qū)崟r短信報警功能。已應(yīng)用于閻良甜瓜示范基地和楊凌蘋果示范基地，效果良好。
- 詳細(xì)介紹：
- 我國的設(shè)施農(nóng)業(yè)面積居世界之首（約占世界90%），已成為推進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，農(nóng)業(yè)節(jié)本增效、可持續(xù)發(fā)展，農(nóng)民增收的朝陽產(chǎn)業(yè)，根據(jù)規(guī)劃，到2030年將發(fā)展到4500萬畝。設(shè)施農(nóng)業(yè)通過建造塑料大棚、日光溫室、連棟溫室等半封閉生產(chǎn)場地，人工改變作物生長的小氣候環(huán)境，從而達(dá)到高產(chǎn)的目，屬于資金、技術(shù)、勞動力密集型生產(chǎn)方式。每個設(shè)施內(nèi)部的小氣候獨立監(jiān)測和及時調(diào)控是影響設(shè)施農(nóng)業(yè)單位面積產(chǎn)出的關(guān)鍵。然而我國目前設(shè)施農(nóng)業(yè)主要依賴農(nóng)民自身經(jīng)驗和現(xiàn)場人工操作，缺乏精準(zhǔn)、靈活的環(huán)境信息獲取和控制手段，致使生產(chǎn)技術(shù)落后、勞動力投入多、效益波動大，難以滿足設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；?、精準(zhǔn)化需求，大大制約了我國設(shè)施農(nóng)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。 現(xiàn)有的便攜式檢測設(shè)備、小型氣象站、溫室監(jiān)控系統(tǒng)等，從不同方面提供了解決方案，但仍存在一些不足，集中體現(xiàn)在：（1）大部分設(shè)備難以實現(xiàn)多點、在線、實時監(jiān)測和管理；（2）已有在線監(jiān)測系統(tǒng)大都采用有線監(jiān)控方式，系統(tǒng)部署和維護(hù)困難；（3）針對特定應(yīng)用背景，結(jié)構(gòu)固定，監(jiān)測環(huán)境因子類型也固定，無法滿足多變的需求；（4）將監(jiān)測與控制分離，多采用專用的控制設(shè)備（如控制柜）實現(xiàn)總線方式的設(shè)備控制，成本高。 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為近年來興起的由多學(xué)科高度交叉的研究熱點領(lǐng)域，其目標(biāo)是將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換，實現(xiàn)智能化監(jiān)控和管理，分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。本作品緊扣我國設(shè)施農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系的農(nóng)業(yè)環(huán)境無線監(jiān)控系統(tǒng)，以解決上述設(shè)施農(nóng)業(yè)問題和現(xiàn)有同類產(chǎn)品的不足。本作品中，由多個無線傳感器監(jiān)測節(jié)點完成設(shè)施環(huán)境感知與控制，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network, WSN）、GPRS、GSM等實現(xiàn)無線傳輸，并為農(nóng)業(yè)應(yīng)用提供基于Internet的圖形化環(huán)境信息統(tǒng)計、對比分析、設(shè)備控制決策，以及積溫、氣溫日較差等農(nóng)情參數(shù)分析。 【作品功能設(shè)計】 本作品由底層電子設(shè)備到上層農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，分為監(jiān)控節(jié)點、網(wǎng)關(guān)、通訊服務(wù)器、信息服務(wù)網(wǎng)站等四種不同層次的設(shè)備或軟件。 1. 監(jiān)控節(jié)點 本作品完成了節(jié)點硬件原理設(shè)計、PCB制版、焊接、外盒制作、ZigBee協(xié)議移植與監(jiān)控處理軟件開發(fā)。設(shè)計中采用TI公司的CC2430芯片為核心，搭載ZigBee 2006協(xié)議棧，實現(xiàn)自組網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸和設(shè)備控制，包括ZigBee無線收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊、強(qiáng)電控制模塊、液晶顯示模塊等部分。 （1）ZigBee無線收發(fā)模塊：CC2430是用來實現(xiàn)嵌入式ZigBee應(yīng)用的片上系統(tǒng)，采用了增強(qiáng)型工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8051MCU，具有較高的性能，集成了2.4GHz IEEE802.15.4的RF收發(fā)器。 （2）數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊：通過傳感器對環(huán)境因子（如土壤溫度、土壤濕度、空氣CO2等）進(jìn)行實時監(jiān)測，將監(jiān)測的數(shù)據(jù)通過ZigBee無線發(fā)送模塊傳送給網(wǎng)關(guān)，為網(wǎng)關(guān)對下層監(jiān)控節(jié)點自動控制提供數(shù)據(jù)依據(jù)。 （3）強(qiáng)電控制模塊：主要由光耦和電壓隔離器件組成，監(jiān)控節(jié)點收到控制信號后驅(qū)動光耦導(dǎo)通或關(guān)閉完成控制繼電器的通斷，進(jìn)而實現(xiàn)對各類設(shè)備的控制。 （4）液晶顯示模塊：由ocm12864-9及其外圍電路組成，液晶模塊顯示當(dāng)前監(jiān)測節(jié)點所采集的環(huán)境因子數(shù)據(jù)，方便用戶現(xiàn)場觀察。 監(jiān)控節(jié)點采用了可插拔的航空接口實現(xiàn)各類傳感器和設(shè)備接入，可方便更換傳感器和設(shè)備。由于采用了統(tǒng)一接口設(shè)計，接入不同類型傳感器時，只需修改軟件，即可實現(xiàn)監(jiān)測類型更改和監(jiān)測節(jié)點復(fù)用。 2. 網(wǎng)關(guān) 網(wǎng)關(guān)完成各類信息中轉(zhuǎn)，同時具有生產(chǎn)基地屬性、控制設(shè)備、環(huán)境數(shù)據(jù)管理功能，因此需要設(shè)計友好的用戶管理界面。與同類型系統(tǒng)中網(wǎng)關(guān)采用Linux操作系統(tǒng)不同，本作品采用類Windows界面的Wince作為操作系統(tǒng)，設(shè)計實現(xiàn)了用戶交互性良好的各項功能。網(wǎng)關(guān)軟硬件設(shè)計如下： （1）采用Samsung公司基于ARM920T內(nèi)核的處理器S3C2410，其運行在203MHz，存儲器系統(tǒng)包括2片Samsung公司生產(chǎn)的 K4S561632D-TC/L75（Samsung 2002）構(gòu)成的SDRAM，以及NOR Flash存儲器，滿足本系統(tǒng)在存取速度和容量上的要求。硬件設(shè)計時，采用觸摸屏方便基地管理員操作，集成Siemens MC39i GSM/GPRS通信模塊，形成與上層應(yīng)用的無線通訊通道，通過串口連接ZigBee根節(jié)點，完成與底層ZigBee網(wǎng)絡(luò)的信息交互。 （2）作品采用Platform Builder定制的WinCE 5.0系統(tǒng)作為網(wǎng)關(guān)軟件開發(fā)和應(yīng)用平臺，基于可視化集成開發(fā)環(huán)境EVC(Embedded Visual C++)編程開發(fā)，集成開源的Sqlite內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，完成數(shù)據(jù)的存儲與訪問，采用TCP/IP編程完成與服務(wù)器的通信，利用MCi39提供的AT指令，發(fā)送 PDU模式的GSM短信實現(xiàn)預(yù)警功能。 （3）開發(fā)了多種基地管理功能，包括管理各種農(nóng)業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)、節(jié)點屬性數(shù)據(jù)、生產(chǎn)基地屬性數(shù)據(jù)等，支持設(shè)備的實時控制、數(shù)據(jù)修正和實時超限短信報警。 3. 通訊服務(wù)器 通訊服務(wù)器運行在具有獨立可訪問IP的服務(wù)器上，是網(wǎng)關(guān)與上層信息服務(wù)網(wǎng)站實現(xiàn)數(shù)據(jù)流動的樞紐，負(fù)責(zé)將網(wǎng)關(guān)上傳的環(huán)境因子數(shù)據(jù)、監(jiān)控節(jié)點屬性數(shù)據(jù)等存入海量數(shù)據(jù)庫，并將網(wǎng)站生成的控制命令下傳至網(wǎng)關(guān)節(jié)點。通訊服務(wù)器的設(shè)計如下： （1）采用JAVA語言，基于Socket網(wǎng)絡(luò)通信模型、線程池技術(shù)，實現(xiàn)與多個網(wǎng)關(guān)的并發(fā)連接和信息交互。多線程的使用提高了系統(tǒng)并發(fā)性，并在特定網(wǎng)關(guān)連接異常時不會影響其它連接，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 （2）采用MS SQL SERVER 2000數(shù)據(jù)庫作為存儲中心，開發(fā)過程采用了JAVA的JDBC技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫交互，使用了數(shù)據(jù)庫連接池等技術(shù)顯著提高了數(shù)據(jù)庫訪問的執(zhí)行效率。 （3）采用Apache的Log4j做為日志記錄工具，將服務(wù)器的運行狀態(tài)的信息及數(shù)據(jù)處理過程的信息記錄在配置文件中，方便日后查看，同時也有助于在出現(xiàn)錯誤時，方便進(jìn)行錯誤查找及糾正。 通訊服務(wù)器具有移植性強(qiáng)、執(zhí)行效率高、小巧方便等特點。 4. 信息服務(wù)網(wǎng)站 網(wǎng)站提供用戶Internet遠(yuǎn)程訪問功能，用戶可隨時隨地登陸網(wǎng)站，查看各個基地的實時與歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)、匯總統(tǒng)計、圖形數(shù)據(jù)分析等功能。網(wǎng)站同時提供遠(yuǎn)程設(shè)備控制功能，使基地管理員通過網(wǎng)站對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。 （1）網(wǎng)站采用Microsoft ASP.NET技術(shù)開發(fā)，實現(xiàn)了B/S結(jié)構(gòu)的服務(wù)系統(tǒng)。采用LINQ技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫相關(guān)操作，減少了代碼編寫過程中容易出現(xiàn)的各種錯誤。 （2）利用MVC設(shè)計模式降低系統(tǒng)的偶合性，按照模型、視圖、控制器的模型開發(fā)系統(tǒng)，將各種文件資源合理的組全在一起，具有良好穩(wěn)定性及可擴(kuò)展性。 （3）開發(fā)了實時監(jiān)測、歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計、趨勢對比分析、短信預(yù)警管理、設(shè)備控制等功能。 （4）采用樹狀層次化多基地信息管理模式，設(shè)計實現(xiàn)了基于角色的用戶權(quán)限管理，以及基于用戶權(quán)限的基地數(shù)據(jù)與設(shè)備安全管理。 【作品主要工作過程】 以下闡述作品四個部分的工作過程與交互關(guān)系，以及所遵循的標(biāo)準(zhǔn)交互協(xié)議。 1. 監(jiān)控節(jié)點工作過程 在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)部署若干監(jiān)控節(jié)點，根據(jù)應(yīng)用需求外接不同的環(huán)境因子傳感器或者控制設(shè)備，基于ZigBee協(xié)議實現(xiàn)節(jié)點的自動組網(wǎng)和信息交互。監(jiān)控節(jié)點啟動后周期性采集各類環(huán)境數(shù)據(jù)，一方面通過液晶屏顯示，以實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)測，另一方面通過ZigBee協(xié)議維護(hù)的無線網(wǎng)絡(luò)路徑實現(xiàn)與嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備的信息上行匯聚與控制指令下行分發(fā)。 2. 網(wǎng)關(guān)工作過程 網(wǎng)關(guān)采用Wince操作系統(tǒng)完成整個設(shè)施生產(chǎn)基地的可視化信息管理、傳感器數(shù)據(jù)修正和短信預(yù)警。網(wǎng)關(guān)一方面通過串口與ZigBee根節(jié)點交互，接收各區(qū)域無線監(jiān)控節(jié)點上傳的環(huán)境數(shù)據(jù)，并下行設(shè)備控制命令，另一方面通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與通訊服務(wù)器的數(shù)據(jù)上傳與指令下行。 3. 通訊服務(wù)器工作過程 通訊服務(wù)器可并發(fā)建立與多個網(wǎng)關(guān)的連接，實現(xiàn)雙向信息交互，處理后的信息保存到數(shù)據(jù)庫中長期存儲。同時也可以響應(yīng)網(wǎng)關(guān)的時鐘同步、屬性表上傳等命令請求。 4. 信息服務(wù)網(wǎng)站工作過程 從數(shù)據(jù)庫中讀取信息，提供數(shù)據(jù)分析、匯總統(tǒng)計、農(nóng)情分析、災(zāi)害預(yù)報等農(nóng)業(yè)應(yīng)用功能。提供基于Internet的用戶遠(yuǎn)程登陸訪問，通過不同用戶角色和權(quán)限保障數(shù)據(jù)和生產(chǎn)安全。 5. 標(biāo)準(zhǔn)交互協(xié)議 系統(tǒng)制定了標(biāo)準(zhǔn)交互協(xié)議，約定兩兩間通信的數(shù)據(jù)包格式、通信類型，以及統(tǒng)一的環(huán)境因子與控制設(shè)備的編碼方式，實現(xiàn)了透明傳輸，提高了傳輸?shù)目煽啃?，為系統(tǒng)的通用性奠定了基礎(chǔ)。 如監(jiān)控節(jié)點XNT0001要向網(wǎng)關(guān)上傳一條空氣溫度為20℃的數(shù)據(jù)包，則它需要按照協(xié)議規(guī)定，將數(shù)據(jù)封裝成這樣一條數(shù)據(jù)包‘1001#XNT0001#ATP20*’，其中‘1001’代表通信類型為上傳環(huán)境因子數(shù)據(jù)，‘XNT00001’即為此監(jiān)控節(jié)點的標(biāo)識，‘ATP’為代表空氣溫度，‘20’即為其數(shù)值，‘*’代表此條數(shù)據(jù)包結(jié)束。網(wǎng)關(guān)收到數(shù)據(jù)后，在依照此格式將數(shù)據(jù)解析，完成后續(xù)處理。 【作品創(chuàng)新點】 1. 完全采用無線通信方式。監(jiān)控節(jié)點遵循ZigBee協(xié)議，實現(xiàn)自組網(wǎng)，避免了有線方式布線困難等不足；網(wǎng)關(guān)通過GRPS實現(xiàn)與上層的通信，GPRS覆蓋范圍廣，使得本系統(tǒng)可應(yīng)用到偏遠(yuǎn)的設(shè)施生產(chǎn)基地。 2. 通用性軟、硬件設(shè)計，支持快速定制不同監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控節(jié)點可根據(jù)領(lǐng)域應(yīng)用需求，插接不同的傳感器和控制設(shè)備，通過修改節(jié)點軟件實現(xiàn)監(jiān)控節(jié)點復(fù)用，且各系統(tǒng)部分遵循了標(biāo)準(zhǔn)交互協(xié)議，通過網(wǎng)關(guān)與通信服務(wù)器配置即可實現(xiàn)制定監(jiān)控系統(tǒng)的快速部署。 3. 層次化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，支持多種應(yīng)用模式。根據(jù)應(yīng)用特征與監(jiān)測規(guī)模，可分別采用基地自治模式（由監(jiān)控節(jié)點和網(wǎng)關(guān)兩層組成，由網(wǎng)關(guān)獨立完成設(shè)施生產(chǎn)基地的基本管理）、單基地模式（四層結(jié)構(gòu)，將一個基地的數(shù)據(jù)上傳到本地通訊服務(wù)器，通過網(wǎng)站完成生產(chǎn)基地的多用戶管理）和多基地模式（四層結(jié)構(gòu)，多個基地的數(shù)據(jù)可同時匯集到一臺通訊服務(wù)器上，通過網(wǎng)站集中管理），分別滿足規(guī)模小、中、大的應(yīng)用需求。 4. 分布式無線設(shè)備控制與遠(yuǎn)程短信報警相結(jié)合的管理機(jī)制。與集中控制柜的管理模式相比，采用多個分散的監(jiān)控節(jié)點外接控制設(shè)備，實現(xiàn)了基于無線傳輸?shù)姆植际皆O(shè)備控制，具有部署靈活、管理便捷、設(shè)備可動態(tài)調(diào)整的優(yōu)點，當(dāng)環(huán)境信息超過預(yù)設(shè)閾值時，將向指定用戶發(fā)送遠(yuǎn)程報警短信，以減少設(shè)施小氣候異常帶來的減產(chǎn)減收。 【成果】 本作品目前已實現(xiàn)空氣溫濕度、土壤溫濕度、CO2濃度、光照強(qiáng)度、降雨量、風(fēng)速、風(fēng)向等9類環(huán)境因子的監(jiān)測。并已在閻良甜瓜示范基地和楊凌蘋果示范基地運行，完成應(yīng)用需求具有差異性的兩個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地環(huán)境數(shù)據(jù)的監(jiān)測和日常管理。截止目前，系統(tǒng)運行狀態(tài)良好。 本作品在西北農(nóng)林科技大學(xué)第五屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中，獲科技發(fā)明制作類特等獎。 ? 在本作品的自主研發(fā)過程中，我們?nèi)〉昧塑浖鳈?quán)3項 《農(nóng)業(yè)環(huán)境信息智能監(jiān)控系統(tǒng)基地管理軟件V1.0》（授權(quán)號:2011SR003745） 《農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控通訊服務(wù)器軟件V1.0》 （授權(quán)號:2011SR026433） 《溫室大棚群環(huán)境精確監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)V1.0》 （授權(quán)號:2011SR026431） ? 實用新型專利1項 《基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫室監(jiān)測系統(tǒng)》 （受理號: 201120083986.5） ? 學(xué)術(shù)論文2篇 《溫室大棚CO2濃度精準(zhǔn)調(diào)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)》 （農(nóng)機(jī)化研究 已錄用） 《農(nóng)業(yè)環(huán)境信息監(jiān)控系統(tǒng)可配置網(wǎng)關(guān)設(shè)計與實現(xiàn)》（農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 已投）
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 【目的】 針對我國設(shè)施農(nóng)業(yè)存在的問題和同類產(chǎn)品的不足，旨在提供一套通用設(shè)施環(huán)境信息監(jiān)控和管理平臺，用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提升設(shè)施農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)管理水平。 【基本思路】 研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的無線監(jiān)控節(jié)點、嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備，完成環(huán)境感知與控制功能；開發(fā)通訊服務(wù)器和信息服務(wù)網(wǎng)站軟件，提供監(jiān)測數(shù)據(jù)長期存儲、災(zāi)害報警、數(shù)據(jù)匯總和農(nóng)情分析功能；通過系統(tǒng)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)交互協(xié)議與軟硬件通用性設(shè)計，使系統(tǒng)適應(yīng)不同監(jiān)控應(yīng)用需求。 【創(chuàng)新點】 1.完全采用無線通信方式。由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)完成環(huán)境感知和設(shè)備控制，利用GPRS實現(xiàn)上層信息交互。2.通用性軟、硬件設(shè)計，支持快速定制不同監(jiān)控系統(tǒng)。可根據(jù)領(lǐng)域應(yīng)用需求，插接不同傳感器和控制設(shè)備，通過配置快速部署監(jiān)控系統(tǒng)。3.層次化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，支持多種應(yīng)用模式。分為基地自治、單基地、多基地等模式，適合不同規(guī)模的監(jiān)控應(yīng)用。4.分布式無線設(shè)備控制與遠(yuǎn)程短信報警相結(jié)合的管理機(jī)制。 【技術(shù)關(guān)鍵】 1.無線監(jiān)控節(jié)點中接口通用性設(shè)計，基于ZigBee協(xié)議的自組網(wǎng)和數(shù)據(jù)交互技術(shù)。2.嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備中Wince系統(tǒng)移植、基于EVC的功能開發(fā)、Sqlite數(shù)據(jù)庫并發(fā)訪問。3.信息服務(wù)網(wǎng)站中基于用戶權(quán)限的安全管理與農(nóng)情分析。4.系統(tǒng)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)交互協(xié)議制定與實現(xiàn)。 【主要技術(shù)指標(biāo)】 1.監(jiān)測空氣溫濕度、土壤溫濕度、CO2濃度、光強(qiáng)、降雨量、風(fēng)速、風(fēng)向等9類因子。2.采用2.4GHz無線通信，無阻隔條件下節(jié)點間無線傳輸距離為100米。3.支持分布式設(shè)備控制。4.快速定制與部署不同監(jiān)控應(yīng)用。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 【科學(xué)性】 1.在研究方法上，本作品采用“調(diào)查分析、集成開發(fā)、示范驗證、完善優(yōu)化”的思路。 2.在技術(shù)路線上，本作品采用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，一方面與信息技術(shù)發(fā)展趨勢相適應(yīng)，滿足感知農(nóng)業(yè)的國家戰(zhàn)略需求；另一方面設(shè)施農(nóng)業(yè)的小氣候調(diào)控直接關(guān)系到農(nóng)業(yè)單位產(chǎn)出，國外采用數(shù)字化精準(zhǔn)監(jiān)控的設(shè)施與國內(nèi)同類設(shè)施的產(chǎn)出比高達(dá)7：1，本作品實現(xiàn)了設(shè)施農(nóng)業(yè)小氣候密集精準(zhǔn)監(jiān)控，同時具有部署靈活、易于使用的特點。 【先進(jìn)性】 本作品緊扣促進(jìn)設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展主題，立足現(xiàn)狀，跟蹤前沿，集成創(chuàng)新。與同類產(chǎn)品相比，具有以下先進(jìn)性： 1. ZigBee和GPRS技術(shù)相結(jié)合。ZigBee實現(xiàn)基地內(nèi)的無線通信，GPRS實現(xiàn)基地與服務(wù)器的無線通信，使得本作品能突破地域限制，適用范圍廣。 2. 作品作為具有通用性的無線監(jiān)控方案，實現(xiàn)空氣溫濕度等9類因子監(jiān)測，并通過插接其它傳感器和軟件改寫，可支持多種領(lǐng)域的感知與控制。 3. 監(jiān)測數(shù)據(jù)海量存儲，便于領(lǐng)域?qū)＜已芯糠治觥? 4. 支持?jǐn)?shù)據(jù)匯總統(tǒng)計，以及積溫、氣溫日較差等農(nóng)情參數(shù)的分析。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 本作品獲西北農(nóng)林科技大學(xué)第五屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽科技發(fā)明制作類特等獎。
作品所處階段
- 中試階段 作品已在閻良甜瓜示范基地和楊凌蘋果示范基地實驗運行。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、現(xiàn)場演示、圖片、PPT、視頻
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 【使用說明】 詳見附件《作品使用說明書》 【技術(shù)特點和優(yōu)勢】 1. 基地監(jiān)控節(jié)點數(shù)量理論可達(dá)65000個之多，加之系統(tǒng)支持多個基地數(shù)據(jù)的集中處理，本作品能勝任各種監(jiān)控規(guī)模的應(yīng)用。 2. 目前GPRS覆蓋范圍在中心城市幾乎達(dá)100%，在邊遠(yuǎn)地區(qū)達(dá)80%以上，為本作品在設(shè)施農(nóng)業(yè)能大面積推廣的提供有力保障。 3. 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系，保證了本作品技術(shù)上的可靠性和先進(jìn)性。 4. 基于Wince的網(wǎng)關(guān)程序和ASP.NET技術(shù)的信息服務(wù)網(wǎng)站，為用戶提供了友好的操作體驗，易上手使用和維護(hù)。 【適用范圍】 本作品可應(yīng)用于各種類型和規(guī)模的設(shè)施農(nóng)業(yè)監(jiān)控，如連棟溫室、日光溫室等設(shè)施園藝，水產(chǎn)養(yǎng)殖、畜牧養(yǎng)殖等設(shè)施養(yǎng)殖。通過更換上層領(lǐng)域處理功能，可擴(kuò)展到工業(yè)監(jiān)控等領(lǐng)域。 【推廣前景】 我國設(shè)施農(nóng)業(yè)面積約占世界的90%，且正迅猛發(fā)展，目前缺乏有效的監(jiān)控系統(tǒng)。本作品可提高設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、降低勞動力投入，減少災(zāi)害損失，并具有易部署、易維護(hù)、低成本、通用性強(qiáng)等優(yōu)點，從而具有廣闊的應(yīng)用前景。
同類課題研究水平概述
- 1999年物聯(lián)網(wǎng)概念首次提出，它是通過各種信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)概念。2009年8月7日，溫家寶總理在無錫提出“感知中國”，隨后的2010年至2011年，物聯(lián)網(wǎng)連續(xù)兩年被寫入政府工作報告。在各個研究院所和高校的帶動下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了廣泛的關(guān)注和研究。目前在工業(yè)控制和電子商務(wù)等領(lǐng)域已經(jīng)有較快的發(fā)展，而在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域因其行業(yè)特點和經(jīng)濟(jì)條件限制正處于起步階段，這些應(yīng)用包括農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測、溫室控制、節(jié)水灌溉、氣象監(jiān)測、產(chǎn)品安全與溯源、設(shè)備智能診斷管理等方面。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN ）是物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)監(jiān)測方面的典型技術(shù)，是信息科學(xué)領(lǐng)域中一個全新的發(fā)展方向，具有組網(wǎng)靈活、部署方便、環(huán)境無害、支持多種信息上行采集和下行指令控制等優(yōu)點，相比于傳統(tǒng)的有線監(jiān)控方式，更適合農(nóng)業(yè)用戶生產(chǎn)需求。 2002年，英特爾公司率先在俄勒岡建立了世界上第一個無線葡萄園，這是一個典型的設(shè)施農(nóng)業(yè)智能精確耕種的實例。其后無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研究陸續(xù)開展，提出了各種面向應(yīng)用的監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)方案和理論研究成果，為農(nóng)業(yè)數(shù)字化、精準(zhǔn)化提供了前期探討。北京市科委計劃項目“蔬菜生產(chǎn)智能網(wǎng)絡(luò)傳感器體系研究與應(yīng)用”正式把農(nóng)用無傳感器網(wǎng)絡(luò)示范應(yīng)用于溫室蔬菜生產(chǎn)中。在溫室環(huán)境里單個溫室即可成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個測量控制區(qū)，采用不同的傳感器節(jié)點構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)來測量土壤濕度、土壤成分、pH值等，根據(jù)參數(shù)來調(diào)整周圍環(huán)境時期農(nóng)作物盡量處于最佳的生長條件，為溫室精準(zhǔn)調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)。另外，杭州齊格科技有限公司與浙江農(nóng)科院合作研發(fā)了遠(yuǎn)程農(nóng)作管理決策服務(wù)平臺，該平臺利用了無線傳感器技術(shù)實現(xiàn)對農(nóng)田溫室大棚溫度、濕度、露點、光照等環(huán)境信息的監(jiān)測。 雖然以上研究取得了一定成果，但仍然著重技術(shù)本身的研究與原型構(gòu)建，很少針對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點開展適應(yīng)性研究與開發(fā)，并未能開發(fā)與之適應(yīng)的農(nóng)業(yè)信息處理、農(nóng)情參數(shù)分析等領(lǐng)域功能，難以應(yīng)用于實際生產(chǎn)管理。本項目研究成果具有通用性、低成本、易推廣等特點，并針對設(shè)施農(nóng)業(yè)小氣候監(jiān)控需求，提出實時控制與遠(yuǎn)程短信報警相結(jié)合的機(jī)制，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有實際應(yīng)用價值。
