基于嵌入式开发的智慧农业系统

科学技术创新2021.11OpenWrt 智能路由器在中小型规模智慧农业中的应用苏俊维（广西民族师范学院，广西崇左532200）随着嵌入式技术的发展，智慧农业被农民关注，虽然国外农业智慧化和集成化水平很高，但是国内农业还以人工管理为主[1]。

嵌入式领域的发展最初是由数码电子等移动消费产品带动，但是随着人们生活水平的提高，更扩大了这些嵌入式设备的应用范围，但是国内智慧农业还处于初级水平，还需要不断探索。

2012年嵌入式系统应用卷起热潮，当时以ARMv4架构的ARM9系列处理器为代表衍生出很多消费级电子产品；从2013年至今，流行ARMv7架构的Cortex 系列的处理器：其中STM32单片机占据大部分中低档电子消费市场，成本比ARM9低很多，其中高端电子消费市场采用Cortex-A9处理器方案，搭载Android 系统。

虽然ARM9时代已远去，但是基于MIPS 架构的路由器芯片却活跃了，国企能低成本生产该芯片。

智能路由OpenWrt 系统是嵌入式的Linux 操作系统，其开放源代码和免费的优点相比半开源的Android 系统更具有竞争力。

本文采用了搭载国产雷凌公司生产的RT3070主控芯片的路由器，该路由器型号为HG255d ，该路由器作为主控单元来实现中小规模智慧农业的集成化管理和监控，形成一套系统方案。

1系统整体方案设计该系统包括了ESP32-CAM 图传模块、STM32F103控制模块、气象数据采集仪模块和路由器4部分组成。

总体系统结构如图1所示。

该系统控制中心为HG255d 智能路由器，也作为网络服务器。

该路由器有一个USB 接口，所以需要用一个USB 扩展器扩展USB 的数量以满足各种USB 设备的连接。

系统设计以模块化设计为主，各个模块独立工作。

模块都外接了一些设备或者传感器，并且每个模块都与主控智能路由器通过有线或无线连接。

系统还配备了两种智能农业监控的客户端：手机客户端和电脑客户端，其作用是让农民通过该客户端远程监控农场。

基于物联网技术的智能农业管理系统设计与实现智能农业是利用物联网技术实现现代化农业管理的一种新型农业管理方式。

通过物联网技术，将传感器、智能设备和互联网等技术应用于农业生产和管理过程中，实现农田环境监测、农作物生长状态监控、农机设备远程控制等功能，提高农业生产效率和质量。

本文将介绍一个基于物联网技术的智能农业管理系统的设计与实现。

一、系统设计需求基于物联网技术的智能农业管理系统需要具备以下功能和特点：1. 农田环境监测：系统需要安装和部署一定数量的传感器来监测农田土壤湿度、温度、光照等环境参数。

传感器通过无线网络将数据传输到中心服务器，实现对农田环境的实时监测和数据采集。

2. 农作物生长状态监控：系统需要通过摄像头或其他传感器对农田内种植的农作物进行图像识别或生长指标测量，如测量作物的高度、叶片数量等，实时监控农作物的生长状态。

3. 农机设备远程控制：系统需要实现对农机设备的远程控制和调度。

农机设备通过物联网连接到中心服务器，农场管理人员可以通过智能手机或电脑端应用程序对农机设备进行遥控操作、排片调度和运行监测。

4. 数据管理与分析：系统需要将采集到的农田环境数据、农作物生长数据和农机设备运行数据进行存储和管理。

通过数据分析和挖掘，提供给农场管理人员有关农田环境和农作物生长状况的数据报表和统计分析结果，帮助其做出科学决策。

5. 报警与通知功能：系统需要设置报警规则，当农田环境参数超过预设阈值时，及时向农场管理人员发送报警信息。

同时，系统需要支持短信、邮件或APP推送等多种方式向农场管理人员发送通知和提醒。

二、系统架构设计基于以上需求，可以设计一个基于物联网技术的智能农业管理系统的架构如下：1. 硬件层：包括传感器、摄像头、农机设备等物联网设备。

传感器用于监测农田环境，摄像头用于拍摄农田和农作物图像，农机设备用于实现远程控制。

2. 网络通信层：物联网设备通过嵌入式无线模块（如Wi-Fi、LoRa、NB-IoT等）与云服务器进行数据交互和远程控制。

第1篇一、案例背景随着我国农业现代化进程的不断推进，传统农业面临着生产效率低、资源浪费严重、环境污染等问题。

为解决这些问题，物联网技术在农业领域的应用逐渐兴起。

本案例以某农业大学研究生实践教学项目为例，探讨物联网技术在智慧农业中的应用，旨在提高农业生产效率，实现可持续发展。

二、项目目标1. 研究物联网技术在智慧农业中的应用现状和趋势。

2. 设计一套基于物联网技术的智慧农业系统，实现农业生产的智能化管理。

3. 通过实践验证该系统的可行性和有效性，为我国智慧农业发展提供参考。

三、项目实施过程1. 前期调研- 对国内外智慧农业技术进行调研，了解物联网技术在农业领域的应用现状。

- 调研我国农业生产的现状，分析存在的问题，确定项目的研究方向。

2. 系统设计- 根据前期调研结果，设计一套基于物联网技术的智慧农业系统。

- 系统包括传感器采集模块、数据传输模块、数据处理模块、决策支持模块和执行控制模块。

（1）传感器采集模块：通过安装各种传感器（如土壤湿度传感器、温度传感器、光照传感器等）实时采集农田环境数据。

（2）数据传输模块：采用无线通信技术（如ZigBee、LoRa等）将传感器采集到的数据传输至数据中心。

（3）数据处理模块：对传输至数据中心的数据进行实时处理和分析，生成决策支持信息。

（4）决策支持模块：根据处理后的数据，为农业生产提供决策支持，如灌溉、施肥、病虫害防治等。

（5）执行控制模块：根据决策支持信息，控制相关设备（如灌溉系统、施肥系统等）进行操作。

3. 系统实现- 利用物联网技术、嵌入式系统、云计算等技术，实现智慧农业系统的开发。

- 系统开发过程中，注重软件和硬件的协同设计，确保系统稳定、可靠、易用。

4. 实践验证- 在某农业示范基地进行系统实践验证，对比传统农业生产方式，分析智慧农业系统的优势。

- 通过对比实验，验证系统在提高农业生产效率、降低资源浪费、减少环境污染等方面的效果。

四、项目成果1. 成功设计并实现了一套基于物联网技术的智慧农业系统。

农业物流应用
农产品追溯系统
利用物联网技术，实现农产品从 生产到销售全过程的追溯管理， 提高农产品安全性和质量。
智能冷链物流系统
通过物联网技术，实时监测农产 品温度、湿度等参数，实现冷链 物流的智能化管理，保障农产品 新鲜度和质量。
06
CHAPTER
保障系统解决方案
政策保障措施
01
制定农业物联网发展政策，明确发展目标、重点任务
农业养殖应用
智能养殖管理系统
通过物联网技术，实时监测养殖环境参数，如温度、湿度、氨气浓 度等，实现养殖环境的智能化管理，提高养殖效率。
智能饲料管理系统
根据养殖动物的生长需求，利用物联网技术，实现精准饲喂，提高 饲料利用率，降低养殖成本。
智能疫病防治系统
通过物联网技术，实时监测养殖动物健康状况，及时发现疫病并采 取有效防治措施，保障养殖动物健康。
将感知数据上传至云端，进行集中存储和处理， 实现数据的动态管理和分析。
数据传输技术
ZigBee
低功耗、低成本的无线通 信技术，适用于短距离无 线传输。
LoRa
长距离、低功耗的无线通 信技术，适用于大规模农 田的数据传输。
4G/5G网络
高速、实时的无线通信技 术，满足大数据量和高带 宽需求的数据传输。
加强农业物联网教育和科普工 作，提高公众对农业物联网的 认知度和接受度。
THANKS
谢谢
控制策略与算法
总结词
控制策略与算法是智慧农业物联网应用的关键技术，它能够根据农作物生长环境和生长状况，制定最优的控制方 案，提高农作物的产量和品质。
详细描述
控制策略与算法是智慧农业物联网应用的核心技术之一，它根据传感器采集的数据和预设的控制目标，制定最优 的控制方案，通过自动化设备实现精准农业和高效农业的目标。常见的控制策略与算法包括模糊控制、神经网络 控制、遗传算法等。