傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的澆水、施肥、打農(nóng)藥等，農(nóng)民完全憑經(jīng)驗、靠感覺，而今，越來越多的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地完全是另一番景象：瓜果蔬菜該不該澆水？施肥打藥應(yīng)該保持怎樣的精確濃度？溫度、濕度、光照、二氧化碳如何進(jìn)行有效監(jiān)控及管理？一系列作物在不同生長周期曾被“模糊”處理的問題，都有信息化智能監(jiān)控系統(tǒng)實時定量“精確”把關(guān)，農(nóng)民只需要一個手機(jī)一個按鈕，就能在無人化管理的過程中種好蔬果。

        在這種趨勢下，越來越多的農(nóng)業(yè)開始智能化，從智能管理到遠(yuǎn)程灌溉，科學(xué)化的生長環(huán)境既保證了土壤及空間的最大利用率，對于瓜果蔬菜又保證了最佳生長環(huán)境及周期，從而收獲更加綠色無公害蔬果，為客戶帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

那么這一切，究竟是如何實現(xiàn)的呢？

一、數(shù)據(jù)層：傳感器實現(xiàn)底層數(shù)據(jù)讀取

        對于菜園來說，空氣的溫濕度、土壤的溫濕度、土壤的PH值、光照的強(qiáng)度以及空氣二氧化碳等數(shù)據(jù)都是影響農(nóng)作物生長質(zhì)量的重要因素，因此，在最底層的數(shù)據(jù)層，我們需要首先獲取到這些底層數(shù)據(jù)，因此，第一步傳感器的選型尤為重要。

        以土壤溫濕度傳感器為例，土壤的溫濕度參數(shù)由于其特殊性，必須將傳感器置于土壤中，所以選擇外置傳感器方式進(jìn)行測量，為了提高測量的準(zhǔn)確度和現(xiàn)場布置的便捷性，一般來說都是選用帶有RS－485接口的傳感器。

        在土壤溫濕度數(shù)據(jù)采集層面，傳感器不僅需要有較高的測量精度，在防護(hù)等級方面，也要考慮是否可以完全浸沒于水中長期使用，因為需要考慮到室外環(huán)境使用，目前大多數(shù)傳感器都已經(jīng)可以滿足各類環(huán)境的使用要求。

        除了土壤溫濕度傳感器，還有土壤PH值參數(shù)測量傳感器，同理，PH值測量也必需要將傳感器置于土壤中，因此也需要選用外置傳感器的測量方式。

        在環(huán)境空氣參數(shù)的測量方面，一般包括空氣溫度、空氣濕度以及光照強(qiáng)度，目前根據(jù)實際環(huán)境需要，可以采取單獨(dú)測量的方式，也可以采取一體式測量的方式。目前市面上所有的空氣環(huán)境傳感器都是零下40度到零上80度之間，可以滿足常規(guī)環(huán)境下的使用。

二、傳輸層：網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集及傳輸

        當(dāng)傳感器將菜園的各個數(shù)據(jù)進(jìn)行精確采集之后，數(shù)據(jù)會進(jìn)行上報，在上報傳輸?shù)倪^程中，MCU和網(wǎng)關(guān)成為底層數(shù)據(jù)與云端服務(wù)的關(guān)鍵中間層級，以菜園數(shù)據(jù)上報的通訊協(xié)議為ZigBee為例，那么MCU最好選擇一個帶有ZigBee模塊的MCU。


        而為了有效隔離由于個別傳感器的損壞造成整個RS－485通信鏈路的無法正常工作，菜園采集控制器會采用UART擴(kuò)展的方式，擴(kuò)展為4路UART，即分割為4路RS－485，并且每一路RS－485都具有短路、開路、防雷擊等保護(hù)功能，在發(fā)生故障的時候，內(nèi)置的控制器能夠及時切斷有故障的端口，保證每一路RS－485都能獨(dú)立工作，達(dá)到互不干擾的效果。

        數(shù)據(jù)通過控制器進(jìn)行集合匯總及格式轉(zhuǎn)換之后，網(wǎng)關(guān)則負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收及上傳。以Ruff智能網(wǎng)關(guān)為例，網(wǎng)關(guān)的以太網(wǎng)和GPRS等遠(yuǎn)程通信功能，將本地局域網(wǎng)采集的信息發(fā)送到遠(yuǎn)端的服務(wù)器或云端，通過專家系統(tǒng)分析處理后分發(fā)的指令，通過Ruff智能網(wǎng)關(guān)發(fā)送到局域網(wǎng)內(nèi)相應(yīng)設(shè)備執(zhí)行，服務(wù)器或云端同時做好數(shù)據(jù)的存儲以及其他業(yè)務(wù)接口控制等。

Ruff智能網(wǎng)關(guān)的硬件資源如下所示：

        ◆處理器為TI公司AM3352CortexA8微處理器，工作頻率600MHz；

        ◆芯片內(nèi)置256MDDR3的SDRAM，256MB的用戶可編程Flash；

        ◆板載基于SPI接口的256Mbit的可編程Flash；

        ◆板載64Kbit的基于I2C接口的eeprom；

        ◆2路100M自適應(yīng)以太網(wǎng)；

        ◆4路RS－485或者RS－232接口；

        ◆2路USBHost接口

        ◆1路DB9調(diào)試串口

        ◆1路miniPCle

        ◆1個功能按鍵

        ◆2G／4G／GPS／WIFI／ZigBee（可選）

三、云服務(wù)：云端實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲及分析處理

        當(dāng)網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳發(fā)送到云端之后，云端會對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及處理，包括土壤溫濕度、土壤PH值、空氣溫濕度以及光照強(qiáng)度等環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，其次遠(yuǎn)程的灌溉控制、風(fēng)機(jī)設(shè)備控制以及燈光設(shè)備控制等，也將通過網(wǎng)關(guān)進(jìn)行指令數(shù)據(jù)上傳。

        1）將需要采集的數(shù)據(jù)通過光照傳感器、空氣溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器以及土壤溫濕度傳感器進(jìn)行采集，準(zhǔn)確獲取農(nóng)作物生長環(huán)境中的各項數(shù)據(jù)；

        2）通過Ruff物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)將傳感器采集到的各項數(shù)據(jù)通過ZigBee協(xié)議被Ruff物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)采集；

        3）除了傳感器獲取各項環(huán)境數(shù)據(jù)，對于遠(yuǎn)程控制設(shè)備，也需要通過Ruff節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)；

        4）Ruff物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)通過節(jié)點(diǎn)采集到各項數(shù)據(jù)之后，通過MQTT傳輸協(xié)議上傳到云端，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及處理；

        5）云端分析處理完數(shù)據(jù)之后，反饋到終端應(yīng)用，包括手機(jī)端及PC端等，讓客戶實時獲取菜園農(nóng)作物生長情況及遠(yuǎn)程管理；

        6）此外，數(shù)據(jù)到達(dá)終端之后，還可以提供實時監(jiān)測功能、曲線圖功能以及數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能，讓客戶全方位的了解菜園的生長情況。

四、終端應(yīng)用：數(shù)據(jù)展示及遠(yuǎn)程管理控制

        智慧農(nóng)業(yè)通俗來說，就是利用各種物聯(lián)網(wǎng)及信息化技術(shù)，讓原本需要人為參與的農(nóng)業(yè)作業(yè)升級為智能化無人管理模式，即利用一部手機(jī)或者一臺電腦，即可隨時隨地監(jiān)控獲取菜園生長狀態(tài)，一鍵解決灌溉澆水、溫度光照調(diào)節(jié)等需求，因此智慧農(nóng)業(yè)的最上層就是終端數(shù)據(jù)的展示及遠(yuǎn)程管理，即手機(jī)端或者PC端。


        以福建萌公社智慧菜園服務(wù)商為例，客戶可以通過手機(jī)APP獲取菜園的氣溫、空氣濕度、光照、土壤溫度、土壤PH值等環(huán)境數(shù)據(jù)，進(jìn)而了解菜園的生長趨勢及質(zhì)量，視頻的接入使得客戶更加能身臨其境。

        以遠(yuǎn)程灌溉為例，手機(jī)端將提醒菜園狀態(tài)，當(dāng)菜園到了澆水時間，則會提示“缺水了，可澆水”的指令，當(dāng)點(diǎn)擊按鈕“我要澆水”時，菜園將自動打開灌溉設(shè)施，進(jìn)行澆水。

        除了手機(jī)端的菜園實時狀態(tài)展示及監(jiān)控，客戶還可以在電腦端后臺進(jìn)行傳感器及網(wǎng)關(guān)等設(shè)備的工作狀態(tài)統(tǒng)一管理及維護(hù)，讓客戶只需要通過操作手機(jī)電腦即可種出最佳質(zhì)量的瓜果蔬菜。

        智慧農(nóng)業(yè)的應(yīng)用對于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)來說，既可以實現(xiàn)更加科學(xué)化的栽培又能對農(nóng)作物的各項數(shù)據(jù)及養(yǎng)護(hù)進(jìn)行精準(zhǔn)化操控，讓傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)可以擺脫大量勞動力的輸出成本，同時對于消費(fèi)者來說，可以吃到更加綠色健康的瓜果蔬菜，未來，智慧農(nóng)業(yè)將會更為普及到農(nóng)業(yè)的各個領(lǐng)域。