基于物联网的玉米病害环境监测系统研究与实现

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb20190600257

摘要/Abstract

摘要：

为研究和实现基于物联网的玉米病害环境监测系统,笔者设计了包括感知层、传输层、云服务层和应用层的4层架构。在感知层,利用传感器技术实时采集玉米病害环境的温湿度、降雨量、风向风速、光照强度和土壤温湿度等数据;在传输层中使用4G移动通信网络实现数据的远距离传输;云服务层中,基于四川农畜育种攻关云服务平台,应用数据库技术、云服务技术实现数据的存储和管理;最后,在应用层采用B/S模式实现数据展示服务。结果表明,该系统能够准确采集、稳定传输和安全存储数据,降低了人工成本。因此,它能够为玉米病害研究课题组提供有效的信息化服务,具有一定实用价值。

关键词: 物联网, 私有云, 农业信息化, 环境监测系统

Abstract:

In order to research and implement an environmental monitoring system for maize diseases based on the internet of things, the authors designed a four-layer framework, including the perception layer, the transport layer, the cloud platform and the application layer. In the perception layer, we collected the environmental data of maize diseases, such as temperature, humidity, precipitation, wind direction, wind speed, light intensity, soil temperature and moisture by using wireless sensors; in the transport layer, we used 4G mobile communication network for remote real-time transmission of data; in the cloud platform, we used database technology and cloud server technology to achieve the storage and management of data based on the breeding cooperation cloud platform of Sichuan; finally, in the application layer, we used B/S architecture technology to implement a data presentation service. The results show that this system can accurately collect, transmit and store data, reducing labor costs. Therefore, it can provide effective information service for the research on maize diseases and has a certain practical value.

Key words: internet of things, private clouds, agricultural informatization, environmental monitoring system

中图分类号:

S126

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图/表 18

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传感器类型	具体描述
空气温度	单位为℃;分辨率0.1℃;测量范围-40~120℃
空气相对湿度	分辨率0.1%;测量范围0~100%
风向	单位为°;分辨率1°;测量范围0~360°
风速	单位为m/s;分辨率：0.1 m/s;测量范围0~65 m/s
光照强度	单位为lx;分辨率1 lx;测量范围0~200000 lx
降雨量	单位为mm;分辨率0.1 mm;测量范围0~6553 mm
土壤温度	单位为℃;分辨率0.1℃;测量范围-20~100℃
土壤墒情	分辨率0.1%;测量范围：0~100%

传感器类型	具体描述
空气温度	单位为℃;分辨率0.1℃;测量范围-40~120℃
空气相对湿度	分辨率0.1%;测量范围0~100%
风向	单位为°;分辨率1°;测量范围0~360°
风速	单位为m/s;分辨率：0.1 m/s;测量范围0~65 m/s
光照强度	单位为lx;分辨率1 lx;测量范围0~200000 lx
降雨量	单位为mm;分辨率0.1 mm;测量范围0~6553 mm
土壤温度	单位为℃;分辨率0.1℃;测量范围-20~100℃
土壤墒情	分辨率0.1%;测量范围：0~100%

时间	降雨量/mm	空气温度/℃	空气湿度/%	风速/(m/s)	光照强度/lx	土壤温度/℃	土壤水分/%
2019-05-05 21:00:00	3.9	17.8	92.3	2.270	0	21.6	7.2
2019-05-05 19:00:00	0.8	19.4	82.9	2.174	733	21.6	7.2
2019-05-05 17:00:00	0.8	19.3	86.4	3.422	7459	21.6	7.2
2019-05-05 15:00:00	0.3	20.3	82.2	1.406	31969	21.7	7.2
2019-05-05 13:00:00	0.2	19.4	84.8	2.750	28480	21.7	7.2

时间	降雨量/mm	空气温度/℃	空气湿度/%	风速/(m/s)	光照强度/lx	土壤温度/℃	土壤水分/%
2019-05-05 21:00:00	3.9	17.8	92.3	2.270	0	21.6	7.2
2019-05-05 19:00:00	0.8	19.4	82.9	2.174	733	21.6	7.2
2019-05-05 17:00:00	0.8	19.3	86.4	3.422	7459	21.6	7.2
2019-05-05 15:00:00	0.3	20.3	82.2	1.406	31969	21.7	7.2
2019-05-05 13:00:00	0.2	19.4	84.8	2.750	28480	21.7	7.2

类型	Wi-Fi(802.11)	4G
通信距离	小于100 m,需通过桥接设备扩大覆盖范围	在移动运营商的基站覆盖范围内即可,传输距离不受其他因素限制
网络规模	较小	大
带宽	互联网带宽与有线网络的接入带宽相同,实验基地的下行带宽为20 Mb/s,上行带宽为2 Mb/s,实际网速受其他用户上网影响	理论最大带宽为100 Mb/s,实际带宽受限于信号强度、基站损耗等因素影响,现场实测下行带宽为19.25 Mb/s,上行带宽为6.18 Mb/s
供电要求	设备功耗较高,需为每个桥接网关和无线AP设备配备供电系统	功耗相对较低,4G通信模块集成在采集节点内,与采集节点共用供电系统
稳定性	网络稳定性较差,网速受办公区上网用户影响较大	稳定性较好,网速不受其他用户影响
成本	初期需建设无线局域网,设施设备成本较高。由于通过有线网络接入互联网,数据流量不受限制	初期建设成本低。后期如果系统数据量大,特别是进行实时视频类型的数据采集,需使用大流量或无限流量的4G服务,每月支付4G服务费