农业物联网监控系统是什么？

农业物联网监控系统专为户外应用研制，内置GSM无线通信模块，另外同时具备图像监控和数据采集两大功能，可以灵活应用于户外场所的信息分析应用，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理各类信息数据。系统构成如图1所示。

　图1农业物联网监控系统结构

农业物联网监控系统的无线传感器节点实时采集农作物生长所需的温室内的温度，湿度信号以及光照、土壤温度、土壤含水量、CO浓度等环境参数，并通过一种低功耗自组网的短程无线通讯技术实现传感器数据的传输，所有数据汇集到中心节点，通过一个无线网关与互联网相连，利用手机或远程计算机可以实时掌握农作物现场的环境状态信息，专家系统根据环境参数诊断农作物的生长状况与病虫害状况。户外现场布置摄像头等监控设备，实时采集视频信号。用户通过电脑或3G手机，随时随地观察现场情况、查看现场温湿度等数据和控制远程智能调节指定设备。

1)户外监控现场：同时监控农田、排污口、果园、户外电力系统等现场，获取温度，湿度信号以及光照、土壤温度、土壤含水量、CO浓度、水质、病虫害、电流、电压等环境参数，为管理者提供决策依据。

2)传感器：主要负责温室内部光照、温度、湿度和土壤含水量以及视频等数据的采集和控制。

3)管理中心：户外监控现场的先关参数，经过传输基站到达室内管理中心，经过智慧农业软件系统处理，得出结论，发送至智能终端，给决策者以精确数据依据。

4)智能移动工作终端：完美集成智能手机、GPS手持机、无线对讲机设备优点形成移动单兵设备,一机在手随时无忧。通信双通道模式彻底解决林区通讯死角问题，随时随地通讯无阻、精准定位、采集同步数据，是农业工作者的全能助手。

5)农业监控系统：在监控温湿度、光照、水质、风向等参数的同时，还可以对农作物资源、生态环境、病虫害等进行有效监控。

2农业物联网监控系统特点优势

1)系统建设成本低，日常使用费低，维护费用低

2)高清图像显示监控现场，远程数据采集，直观明了

3)定时拍摄，远程主动索取，降低巡检次数，减少人力物力成本

4)科技创新应用，统一集成，规模化管理

5)历史数据存储，全部数据汇总分析

图2农业物联网监控系统体系架构

农业物联网监控系统结构

利用无线GSM网络，并通过各种外接传感器可对农田作物生长环境温度、湿度等环境参数以及作物图像实现实时远程监测，图像、环境数据通过GPRS传回到管理中心，管理者通过后台数据汇总分析农田环境、虫害情况，及时作出预防措施，同时管理者也可通过后台管理中心设置定时获取环境数据、。智慧农业监控系统结构如图2所示。

传感与执行层：

该层将数据传感器的采集的数据通过ZigBee和Rs485/232两种模式上传至网关。根据传输方式的不同，温室现场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Rs485/232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。

无线传感器节点实时采集农作物生长所需的温室内的温度，湿度信号以及光照、土壤温度、土壤含水量、CO2浓度等环境参数并上传到ZigBee网关。

接收远程控制指令，通过继电器控制各种农业生产设备，包括：喷淋、滴灌等喷水系统和卷帘、风机等空气调节系统等。

通过IP网络摄像头可实时对作物情况、人员和安全视频流上传至服务器。

传输层：

该层主要将设备采集到的数据，通过3G/GPRS/Inernet网络传送到服务器上，在传输协议上支持IPv4现网协议及下一代互联网IPv6协议。

应用层：

该层负责对采集的数据进行存储和信息处理，为用户提供分析和决策依据，用户可随时随地通过电脑和手机等终端进行查询。

用户终端：

3G手机、PC机终端通过接入网络实时查看各种由传感器传来的数据，并能调节温室内喷淋、卷帘、风机等各种设备。

农业物联网监控系统网络拓扑结构

农业物联网监控系统在网络方面采取了多种制式，远程通讯采用3G无线网络，近距离传输采取无线ZigBee模式和有线RS485/232模式相结合，保证网络系统的稳定运行。智慧农业监控系统网络拓扑结构如图3所示。

图3农业物联网监控系统网络拓扑结构

农业物联网监控系统主要设备

数据采集单元

传感器单元主要包括气体温湿度传感器、土壤水分传感器、土壤温度传感器、光照传感器、易燃气体传感器、有毒气体传感器、土壤酸碱度传感器、水质传感器等。采集器集数据采集传输于一体，电池供电时间长，安装简便，成本低。传感器实现数字信号采集、太阳能供电、Mesh无线传输等技术，应用于不方便布线的场合。

通信单元

　　ZigBee网关

通过GPRS/3G传输，实现ZigBee个域网与互联网络的信息互通和多网融合，自带SD存储卡，可实现数据本地存储；工业级温度范围为-40℃~85℃。

图6智慧农业通信单元

终端显示单元

管理中心可根据上位机软件分析系统得出的结论对农业管理作出决策，智能移动终端亦可随时随地得到相关信息。

对于大多数物联网从业者来说，有两样东西是避免不了的，一个是单片机，一个是移动通信模块。现在主流的通信模块都以4G模组和NB-IOT模组为主（由于运营商正在对2G进行退网，在新产品上继续使用2G模组已经是个不明智的决定了）。无论是曾经的2G模组还是现在主流的4G和NB-IOT模组，都采用了AT指令的方式与外部控制器进行通信，AT指令因此成为物联网从业者必须要掌握的知识。
4G模组举例
AT是Attention的缩写，最早是贺氏公司（Hayes）为了控制调制解调器而发明的协议。后来随着网络带宽的升级，速度很低的拨号调制解调器基本退出一般使用市场，但是 AT 命令保留了下来，并且逐渐被标准化。现在的移动通信模组（2G，4G，NB-IOT）皆采用AT指令作为其控制协议，AT 指令已经成为通信模组产品开发中的实际标准。
某4G模块应用示意图
AT指令只是AT客户端（如MCU）和AT服务器（如移动通信模组）之间的软件接口，硬件上基本都采用串口作为接口。有一点需要注意，很多模块的串口电平采用的是18V，而大多数MCU的IO口电平是33V或5V，所以在硬件连接上需要依据具体情况考虑进行电平转换。
AT指令工作示意图
AT指令的大部分使用场景是这样：MCU主动发送AT指令给模组，然后等待模组返回数据，MCU再根据返回的数据做对应 *** 作。每个AT指令都有一个超时时间，如果MCU发送出AT指令后在超时时间内没有收到返回的数据则需要重试。AT指令中还有一种数据被成为URC数据，URC的全称是Unsolicited Result Code，翻译成中文就是“不请自来的结果码”。顾名思义，它不是模块对MCU所发送AT指令的返回，而是模块主动上报的数据。比如模块收到TCP数据包，或者模块的网络状态发生改变，都会通过URC数据主动告知MCU。
下面介绍下AT指令的格式。AT指令是基于字符串的通信协议，一般 AT 命令由三个部分组成，分别是：前缀、主体和结束符。其中前缀由字符“AT”构成；主体由命令、参数和可能用到的数据组成，结束符一般为 <CR><LF> (即回车换行，对应于ASCII码中的“\r\n”)。AT指令可以分为以下几种（<x>代表命令）：
上表中省略了结束符，在实际使用中，将<x>替换为要用的命令，并且整个命令需要以<CR><LF>结尾。如何知道模块都支持哪些AT指令呢？关于具体的AT指令，其实不用刻意去记忆，因为每个模块都会有配套的AT指令集手册，要用的时候再去查询手册就行了。
AT指令应用举例（以下指令皆省略了回车换行）：
MCU发送：AT
模组返回：OK
命令说明：可以根据是否有OK返回判断模块是否可用。
MCU发送：AT+CGSN
模组返回：<IMEI>
　OK
命令说明：用于查询模组的IMEI。
MCU发送：AT+CGACT=<state>,<cid>
模组返回：OK
命令说明：用于设置模块PDP上下文激活状态。
MCU发送：AT+CGACT？
模组返回：+CGACT: <cid>,<state>
　OK
命令说明：用于查询模块PDP上下文激活状态。

物联网介绍编辑
物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化三个重要特征。物联网可以将无处不在的末端设备和设施，包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等和“外在使能”的，如贴上RFID的各种资产、携带无线终端的个人与车辆等等的“智能化物件”或“智能尘埃”，通过各种无线和/或有线的长距离和/或短距离通讯网络实现互联互通、应用大集成以及基于云计算的营运等模式，在内网、专网、和/或互联网环境下，采用适当的信息安全保障机制，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持等管理和服务功能，实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。
控制技术的发展编辑
在“应用引领产业发展”的感召下，物联网应用已经扩展到多个行业领域，包括安防、控制、电力、交通、环境监测等等。而在控制技术的发展历程中，是与计算机技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关的，现在又与物联网技术产生了关联。正是各种新兴技术的发展，才推动了控制器的快速发展。目前国际上知名的控制器品牌有美国AB，ABB，松下，西门子，施耐德等，国产品牌主要有朗德华，腾控，信捷等。
物联网控制器编辑
朗德华CRD系列的控制器及扩展模块均采用开放的通讯协议技术，所有支持标准通用协议的第三方设备均能进入现有网络，所以备品备件易于取得并有适当的替代品，在国内具有良好的支持。公司最新技术核心——Niagara体系架构，是一个具有开创性的体系架构，其支持BACnet、LonWorks、Modbus等标准协议及Java、Web等开放的IT技术，提供JAVA、API对私有协议的开发集成提供了可能，对业内大多数数据库系统也提供支持。
朗德华完全开放的CRD控制系统与Niagara体系架构相结合，形成了最新一代的物联网控制器。该物联网控制器具有：1、可靠性--采用集散型控制系统，即将任务分配给系统中每个现场处理器，免除因系统内某个设备的损坏而影响整个系统的运行。联接于同一网络的多台CRD控制器能进行点对点的通信，分别执行不同的任务或同一任务的不同程序段，不需通过上一级处理器。2、开放性--系统采用BACNET、LON等扩展技术，从DDC配置分析表可以看出DDC在系统上已具有冗余考虑，并在设备方面也做了部分冗余设计。系统可在日后任何地方加插现场控制器及 *** 作员终端而不会影响本系统正常 *** 作。3、先进性--能集成各种设备，支持多种标准或非标准协议，提供API接口，能根据其它设备的协议开发相应驱动；基于Internet及分布的网络管理，通过Internet实现实时监控；与企业系统共享监控信息；提供一个应用服务器；支持多个开放标准及传统的系统；基于JAVA平台，使用JAVA虚拟机，与硬件平台无关；使用预建的部件，其它部件可即插即用；具有强大的可扩展性，基于网络的安全性。
朗德华物联网控制器在技术方面严格按照国际和国家现行的相关标准规范执行，符合①IEEE Std 739-1995,《IEEE Recommended Practice for Energy Management in Industrial and Commercial Facilities》、②《IPMVP国际节能效果测量和认证规程》、③《电能计量装置技术管理规程》DL/T 448-2000、④《国家机关办公建筑和大型公共建筑能源审计导则》等等。所以该物联网控制器具有很高的性能价格比。并且其强大的管理功能，能最大限度的降低设备的运行成本；系统中的现场处理器足够应付日后技术的快速发展，现阶段的投资可以得到充分利用及保护。通过系统提供的数据开放功能及强大的数据报表功能，用户可以轻而易举地详细分析系统能源使用情况，方便用户进行能源分析，进行有效的能源管理。

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