傳統農業(yè)的澆水、施肥、打農藥等，農民完全憑經(jīng)驗、靠感覺(jué)，而今，越來(lái)越多的農業(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)行有效監控及管理？一系列作物在不同生長(cháng)周期曾被“模糊”處理的問(wèn)題，都有信息化智能監控系統實(shí)時(shí)定量“精確”把關(guān)，農民只需要一個(gè)手機一個(gè)按鈕，就能在無(wú)人化管理的過(guò)程中種好蔬果。

        在這種趨勢下，越來(lái)越多的農業(yè)開(kāi)始智能化，從智能管理到遠程灌溉，科學(xué)化的生長(cháng)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(cháng)環(huán)境及周期，從而收獲更加綠色無(wú)公害蔬果，為客戶(hù)帶來(lái)可觀(guān)的經(jīng)濟效益。

那么這一切，究竟是如何實(shí)現的呢？

一、數據層：傳感器實(shí)現底層數據讀取

        對于菜園來(lái)說(shuō)，空氣的溫濕度、土壤的溫濕度、土壤的PH值、光照的強度以及空氣二氧化碳等數據都是影響農作物生長(cháng)質(zhì)量的重要因素，因此，在最底層的數據層，我們需要首先獲取到這些底層數據，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，為了提高測量的準確度和現場(chǎng)布置的便捷性，一般來(lái)說(shuō)都是選用帶有RS－485接口的傳感器。

        在土壤溫濕度數據采集層面，傳感器不僅需要有較高的測量精度，在防護等級方面，也要考慮是否可以完全浸沒(méi)于水中長(cháng)期使用，因為需要考慮到室外環(huán)境使用，目前大多數傳感器都已經(jīng)可以滿(mǎn)足各類(lèi)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)境空氣參數的測量方面，一般包括空氣溫度、空氣濕度以及光照強度，目前根據實(shí)際環(huán)境需要，可以采取單獨測量的方式，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(mǎn)足常規環(huán)境下的使用。

二、傳輸層：網(wǎng)關(guān)實(shí)現數據的采集及傳輸

        當傳感器將菜園的各個(gè)數據進(jìn)行精確采集之后，數據會(huì )進(jìn)行上報，在上報傳輸的過(guò)程中，MCU和網(wǎng)關(guān)成為底層數據與云端服務(wù)的關(guān)鍵中間層級，以菜園數據上報的通訊協(xié)議為ZigBee為例，那么MCU最好選擇一個(gè)帶有ZigBee模塊的MCU。


        而為了有效隔離由于個(gè)別傳感器的損壞造成整個(gè)RS－485通信鏈路的無(wú)法正常工作，菜園采集控制器會(huì )采用UART擴展的方式，擴展為4路UART，即分割為4路RS－485，并且每一路RS－485都具有短路、開(kāi)路、防雷擊等保護功能，在發(fā)生故障的時(shí)候，內置的控制器能夠及時(shí)切斷有故障的端口，保證每一路RS－485都能獨立工作，達到互不干擾的效果。

        數據通過(guò)控制器進(jìn)行集合匯總及格式轉換之后，網(wǎng)關(guān)則負責數據的接收及上傳。以Ruff智能網(wǎng)關(guān)為例，網(wǎng)關(guān)的以太網(wǎng)和GPRS等遠程通信功能，將本地局域網(wǎng)采集的信息發(fā)送到遠端的服務(wù)器或云端，通過(guò)專(zhuān)家系統分析處理后分發(fā)的指令，通過(guò)Ruff智能網(wǎng)關(guān)發(fā)送到局域網(wǎng)內相應設備執行，服務(wù)器或云端同時(shí)做好數據的存儲以及其他業(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T(mén)I公司AM3352CortexA8微處理器，工作頻率600MHz；

        ◆芯片內置256MDDR3的SDRAM，256MB的用戶(hù)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自適應以太網(wǎng)；

        ◆4路RS－485或者RS－232接口；

        ◆2路USBHost接口

        ◆1路DB9調試串口

        ◆1路miniPCle

        ◆1個(gè)功能按鍵

        ◆2G／4G／GPS／WIFI／ZigBee（可選）

三、云服務(wù)：云端實(shí)現數據的存儲及分析處理

        當網(wǎng)關(guān)將數據進(jìn)行上傳發(fā)送到云端之后，云端會(huì )對數據進(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度等環(huán)境參數數據，其次遠程的灌溉控制、風(fēng)機設備控制以及燈光設備控制等，也將通過(guò)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行指令數據上傳。

        1）將需要采集的數據通過(guò)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，準確獲取農作物生長(cháng)環(huán)境中的各項數據；

        2）通過(guò)Ruff物聯(lián)網(wǎng)節點(diǎn)將傳感器采集到的各項數據通過(guò)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)境數據，對于遠程控制設備，也需要通過(guò)Ruff節點(diǎn)傳輸到網(wǎng)關(guān)；

        4）Ruff物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)通過(guò)節點(diǎn)采集到各項數據之后，通過(guò)MQTT傳輸協(xié)議上傳到云端，進(jìn)行數據分析及處理；

        5）云端分析處理完數據之后，反饋到終端應用，包括手機端及PC端等，讓客戶(hù)實(shí)時(shí)獲取菜園農作物生長(cháng)情況及遠程管理；

        6）此外，數據到達終端之后，還可以提供實(shí)時(shí)監測功能、曲線(xiàn)圖功能以及數據導出功能，讓客戶(hù)全方位的了解菜園的生長(cháng)情況。

四、終端應用：數據展示及遠程管理控制

        智慧農業(yè)通俗來(lái)說(shuō)，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業(yè)作業(yè)升級為智能化無(wú)人管理模式，即利用一部手機或者一臺電腦，即可隨時(shí)隨地監控獲取菜園生長(cháng)狀態(tài)，一鍵解決灌溉澆水、溫度光照調節等需求，因此智慧農業(yè)的最上層就是終端數據的展示及遠程管理，即手機端或者PC端。


        以福建萌公社智慧菜園服務(wù)商為例，客戶(hù)可以通過(guò)手機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)境數據，進(jìn)而了解菜園的生長(cháng)趨勢及質(zhì)量，視頻的接入使得客戶(hù)更加能身臨其境。

        以遠程灌溉為例，手機端將提醒菜園狀態(tài)，當菜園到了澆水時(shí)間，則會(huì )提示“缺水了，可澆水”的指令，當點(diǎn)擊按鈕“我要澆水”時(shí)，菜園將自動(dòng)打開(kāi)灌溉設施，進(jìn)行澆水。

        除了手機端的菜園實(shí)時(shí)狀態(tài)展示及監控，客戶(hù)還可以在電腦端后臺進(jìn)行傳感器及網(wǎng)關(guān)等設備的工作狀態(tài)統一管理及維護，讓客戶(hù)只需要通過(guò)操作手機電腦即可種出最佳質(zhì)量的瓜果蔬菜。

        智慧農業(yè)的應用對于傳統農業(yè)來(lái)說(shuō)，既可以實(shí)現更加科學(xué)化的栽培又能對農作物的各項數據及養護進(jìn)行精準化操控，讓傳統農業(yè)可以擺脫大量勞動(dòng)力的輸出成本，同時(shí)對于消費者來(lái)說(shuō)，可以吃到更加綠色健康的瓜果蔬菜，未來(lái)，智慧農業(yè)將會(huì )更為普及到農業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。