现代农业种植和农产品信息管理系统设计

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现代农业种植是通过控制蔬菜大棚中农作物的最佳生长条件,最大限度地提高生产率,减轻劳动强度,科学种植,确保旱涝保收,改变了传统农业生产中凭经验露天种植,靠天吃饭的不利状况;农产品的信息管理则是通过采用RFID电子标签技术,实现农产品从农田采摘到餐桌全过程安全管理机制。采用物联网技术实现现代农业种植和农产品信息管理具有重要的现实意义。物联网技术是在互联网技术的基础上,将用户端扩展到物品与物品之间,进行信息通信的一种技术。其定义为:通过射频识别(RFID)、红外感应、全球定位、激光扫描器等传感器设备,按约定的协议,把任何物品与物联网连接,进行信息通信,用以实现智能识别、监控、跟踪和管理的一种网络技术。针对现代农业种植和流通中的自动监控和食品溯源问题,物联网技术中的ZigBee技术和RFID技术为解决上述问题提供了有效的解决方案。ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术。ZigBee利用了IEEE802.15.4强有力的无线物理层所规定的全部优点:省电、简单、成本低,ZigBee增加了逻辑网络、网络安全和应用层。现代农业采用传感器和ZigBee网络后,农业将转变为网络化、智能化、自动化和远程控制生产模式。在现代农业生产过程中,需要监测的数据量不大,如:温湿度、光照等,监测的范围较广,需要的节点较多,无需人为现场操作,ZigBee的上述特点就为解决农业生产中的远程自动监控提供了很好的技术手段。射频识别技术(RFID)是近年来广泛应用的技术。RFID技术又叫无线识别技术或电子标签,通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据,而无需与特定目标进行接触,应用于门禁系统、图书馆、食品安全溯源等。将农产品贴上电子标签,把农产品从农田到餐桌的各阶段信息录入到标签中,这样消费者就能通过标签查询农产品的相关信息,从而有效保证可溯源。论文包括现代农业种植和农产品信息管理,主要分为三个部分,一是利用传感器进行无线数据采集,二是远程智能化控制,三是利用RFID技术实现食品溯源。操作者安装多参数传感器,例如温湿度、光敏等传感器,每个传感器通过ZigBee无线模块将实时信息传输到监控网络。协调器负责接收无线传感器节点发来的数据,并对数据进行存储、处理、显示和管理,以直观的图表和文字提示方式在监控软件中显示给用户,并能提供报警信息。该系统不仅能无线监测种植环境参数,而且还可以根据这些参数进行智能分析,及时控制大棚内的风机、喷灌、遮阳等设备,从而实现农业种植智能化监控。并且,当有人非法闯入到大棚内,可以根据超声波传感器和红外传感器进行测距报警。这项技术能够提高生产率,节能环保和减少资源浪费。当农作物成熟采摘后,就为其贴上电子标签,录入农作物的相关信息,在流通过程中再录入相关信息,并将这些信息发布到互联网中。这样,消费者就可以通过电子标签查询从生产到流通的各项信息,实现了可溯源,保证了食品安全。论文对无线传感器数据采集、远程智能化监控和RFID技术进行研究,主要内容和结论如下:1.设计了一种基于ZigBee CC2530的温室大棚环境监控系统。终端节点将传感器采集到的信息通过ZigBee网络传给协调器,再使用RS232的串口将协调器与PC机连接,最后PC机接收数据进行显示并储存到数据库中。2.本文基于峰华科技的MF-30W RFID套件和提供的库函数进行上位机软件开发,显示电子标签中的信息,该软件具有读取和修改电子标签信息的能力,还可以将电子标签信息存储到数据库中。3.系统硬件选型和设计。由于要考虑低功耗和低数据传输速率的要求,所以采用了TI公司的ZigBee CC2530芯片,在此基础上进行硬件电路设计。包括传感器选型和外围电路元器件选择。本系统采用了4种传感器:温湿度传感器、光敏传感器、超声波传感器和红外传感器。系统通过5V继电器执行开关量输出。4.组网模式研究。对TI Z-Stack协议栈进行研究,以IAR IDE软件作为开发平台,用C51语言完成各节点应用程序开发,完成数据的采集、传输、控制。并根据协调器、路由器、终端节点的不同特性组成不同的网络结构:星形网络、树形网络、网状型网络。经过组网和分析,决定在本系统中使用树形网络结构作为无线网络结构。5.上位机程序设计。本系统采用两种模式对下位机进行远程监控:C/S模式和B/S模式。C/S模式:采用visual basic2005开发环境和Sql-server数据库开发出上位机监控软件,实现温室环境的远程实时监控、数据显示、数据存储。B/S模式:采用php语言加Sql-server数据库,实现温室环境的远程监控、数据显示,便于浏览。6.整个系统在长江大学主教过程控制实验室和主教学楼内进行了模拟测试,并对采集的数据进行了汇总分析。实验结果表明:本文所设计的无线传感器网络工作稳定,监控系统正常运行,控制效果良好。准确实现了模拟温室环境因子的实时采集、传输和控制,并能将信息实时显示和远程数据发送。
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