沈阳师范大学
科信软件学院
智能农业需求分析
结合最近的市场调研，针对目前西瓜种植过程中出现的问题，如土地的选择、土地的最大化利用、温湿度、水分、CO2浓度及光照的需求等，整理出智能农业（农作物为西瓜）需求分析文档。该文档由沈阳师范大学可信软件学院嵌入式方向小组成员完成。
2013年12月17日
目 录
一、 引言........................................................... 4
1.1 目的 ........................................................ 4
1.2 系统开发背景 ................................................ 4
1.3 文档格式 .................................................... 4
1.4 预期的读者和阅读建议 ........................................ 5
1.5 范围 ........................................................ 5
1.6 术语 ........................................................ 5
1.7 参考文献 .................................................... 6
二、 系统概述....................................................... 7
2.1 概述 ........................................................ 7
2.2 系统功能 .................................................... 8
2.2.1 温室环境实时监控....................................... 8
2.2.2 智能报警系统........................................... 8
2.2.3 远程自动控制........................................... 8
2.2.4 历史数据分析........................................... 9
2.2.4 手机客户端............................................. 9
2.3 运行环境................................................. 9
2.4 假设与依赖 ................................................. 10
三、 系统特性...................................................... 11
3.1 系统角色 ................................................... 11
3.2系统概述.................................................... 11
3.3 ZigBee用于智能农业大棚的可行性分析......................... 12
3.4 系统特点及优势 ............................................. 13
四、 系统功能描述.................................................. 17
4.1 数据采集 ................................................... 17
4.1.1 温度、湿度检测流程图 ..................................... 17
4.2 视频监控 ................................................... 18
4.3 数据存储 .................................................. 18
4.4 数据分析 ................................................... 18
4.5 远程控制 ................................................... 18
4.6 错误报警 ................................................... 18
4.7 统一认证 ................................................... 19
4.8 手机监控 ................................................... 19 五、 智能农业体系结构图............................................ 20
5.1 系统总体结构设计 ........................................... 20
5.2 分系统模块功能实现描述 ..................................... 22
5.2.1 智能农业远程控制网络.................................. 22
5.2.2 农业网关.............................................. 22
5.2.3 农业主节点............................................ 23
5.2.4 农业设备节点.......................................... 23
5.3 主体硬件选型 ............................................... 24
5.3.1 ZigBee硬件选型 ....................................... 24
5.3.2 数据采集部分设计...................................... 25
六、 风险性分析.................................................... 29
6.1 经济风险性 ................................................. 29
6.1.1中国整体大环境经济 .................................... 29
6.1.2国际经济风险 .......................................... 29
6.1.3中国智能家居产业行业重点区域运行分析 .................. 30
6.1.4区域经济侧重风险 ...................................... 31
6.2 智能家居行业政策风险 ....................................... 31
6.2.1分析智能家居宏观产业政策 .............................. 31
6.2.2 避环保政策风险........................................ 32
6.2.3 规避节能政策风险...................................... 32
6.2.4 规避区域政策风险...................................... 32
6.3 项目开发风险 ............................................... 32
6.3.1项目选择风险 .......................................... 33
6.3.2 方案设计风险.......................................... 33
6.3.3 方案经济风险.......................................... 33
6.3.4 组织实验风险.......................................... 33
6.4 行业市场风险 ............................................... 34
6.4.1 产品市场需求风险...................................... 34
6.4.2 智能家居项目产品市场前景预测.......................... 35
6.4.3 至今为止市场容量分析.................................. 36
6.4.4 价格风险.............................................. 37
6.5 参考文献 ................................................... 37
一、引言
1.1 目的
本文档的目的是增产增收、节约资源、保障安全。智能农业还能促进农村产
业结构调整，实现科技对农业的贡献，并在保持水土平衡、调节气候、改善地理
环境，促进生态平衡方面发挥重大作用，具有良好的社会效益和生态效益。
1.2 系统开发背景
我国人口占世界总人口的22%，耕地面积只占世界耕地面积的7%。随着经
济的飞速发展, 人民生活水平不断提高，资源短缺、环境恶化与人口剧增的矛盾
却越来越突出。特别是我国加入世贸组织后, 国外价格低廉的优质农副产品源源
不断地流入我国, 这对我国的农产品市场构成极大威胁。因此, 如何提高我国农产
品的质量和生产效率, 如何对大面积土地的规模化耕种实施信息技术指导下科学
的精确管理, 是一个既前沿又当务之急的科研课题。
棉花套种西瓜，能充分利用棉花苗期行间空闲，提高土地利用率，增加经济
效益。棉花与西瓜套种，使棉农前期可以收获西瓜，后期可收获棉花，并且套种
比纯作棉花基本不减产。
土壤的改良利用应遵循因地制宜，统一规划，综合治理的原则。主要措施可
概括为三个方面：一是水利措施，包括排水、灌溉、放淤；二是农业生物措施，
包括平整土地、土壤培肥、种植耐碱作物与绿肥；三是化学改良措施，主要是使
用化学改良剂。 西瓜根系发达，耐早、耐瘠薄，对土壤的适应性强。但西瓜根系生长需要较
高的土温，需要一定的空气氧含量，不耐水涝，故最适宜种西瓜的土壤是土质疏
松、有一定保水保肥能力的沙填土。沙壤土的通透性好，春季升温快，有利于西
瓜根系的发育伸展，栽培西瓜发苗快，果实易早热，品质好。特殊土壤种西瓜时
还应采取不同的管理措施。
1.3 文档格式
本文档按以下要求和约定进行书写：
（1）页面的左边距为2.5cm ，右边距为2.0cm ，装订线靠左，行距为最小值
20磅。
（2）标题最多分三级，分别为宋体小三、宋体四号、宋体小四，标题均加
粗。
（3）正文字体为宋体小四号，无特殊情况下，字体颜色均采用黑色。
（4）出现序号的段落不采用自动编号功能而采用人工编号，各级别的序号
依次为（1）、1）、a) 等，特殊情况另作规定。
1.4 预期的读者和阅读建议
本文档的主要内容共分4部分：综合描述、系统特性、和非功能性需求和外
部接口描述。综合描述部分主要对系统的整体结构进行了大致的介绍；系统特性
部分对系统的功能需求进行了详细描述，是本文的主要部分；非功能性需求部分
对非功能需求进行了详细的描述；外部接口需求部分对用户界面、软件接口、硬
件接口和通讯接口等进行了描述。
本文档面向多种读者对象：
（1）项目经理：项目经理可以根据该文档了解预期产品的功能，并据此进
行系统设计、项目管理。
（2）设计员：对需求进行分析，并设计出系统，包括数据库的设计。
（3）程序员：配合《设计报告》，了解系统功能，编写《用户手册》。
（4）销售人员：了解预期产品的功能和性能。
（5）用户：了解预期产品的功能和性能，并与分析人员一起对整个需求进
行讨论和协商。
1.5 范围
农业生产具有地域性、季节性和周期性的特点，农业生产问题的认知过程
是非常复杂的行为，涉及环境、气候、土壤、品种、水分、肥力、技术、管理等
多个因素。所以本产品适用与任何种植地点，能够改善土土壤情况、温度等诸多
因素。
1.6 术语 (1) 智能农业
是指在相对可控的环境条件下，采用工业化生产，实现集约高效可持续发展
的现代超前农业生产方式，就是农业先进设施与露地相配套、具有高度的技术规
范和高效益的集约化规模经营的生产方式。
(2)客户端（Client ）
亦称为用户端。是指与服务器相对应，为客户提供本地服务的程序。客户端
在运行时需要建立特定的通信连接，使用网络中有相应的服务器和服务程序来提
供相应的服务。
(3)无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)
是由部署在监测区域内大量的微型传感器节点组成，并通过无线通信方式形
成的一个多跳自组织网络。
(4)传感技术
是敏感功能材料科学、传感器技术、微细加工技术等多学科技术相互交叉而
形成的新技术。其中，传感器技术是涉及传感（检测）原理、传感器件设计、传
感器开发和应用的综合技术。
(5)TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）
即传输控制协议，在网络中提供可靠数据传输和无连接数据服务的一组协
议。提供可靠数据传输的协议称为传输控制协议TCP ，提供无联接数据服务的协
议称为网际协议IP 。
1.7 参考文献
《农业智能系统》 赵春江 著
《农业物联网导论》 李道亮 著
《智能农业专家系统工程》史继宝 杨连志 王孝岐 李春芝 著
《基于全信息的智能农业装备技术专利战略研究》 赵旭 著
《物联网技术应用》 张海涛 马健 著
二、系统概述
2.1 概述
为了对农业生产起到指导作用，智能农业系统需要对主要的农业生产影响因
素进行监测和控制。整套系统主要利用传感器技术、通信技术及计算机技术实现
其功能。利用传感器对不同的影响因素进行信号的采集，并做初步的处理后，通
过无线通信技术传输到上位计算机中，由计算机进行数据的分析和管理，并经过
时间上的数据积累，与农业专家一起，构建具备初步完善的专家数据平台，给农
业生产带来指导性作用。同时，为了调节不适合农业作物生长的因素，仍然需要
一套完备的下位机控制系统，实现被监测参数的调节和完善。智能农业系统整体
组成框图如图所示。
智能农业系统所使用的传感器需要满足农业生产的要求，实现数据的实时采
集。本系统采用的专业传感器，具有稳定性好、精度高等特点，在实际应用过程
中，效果显著。通信部分则采用无线通信方式，农业基地的空旷性给无线通信的
实现带来了便利，有线通信反而会对农业生产产生影响。中央控制处理器是所有
参数的集中点，采用32位的ARM 处理器来实现，采用linux 操作系统进行资源
的管理，性能更稳定。
2.2 系统功能
2.2.1 温室环境实时监控
（1） 通过电脑或者手机远程查看温室的实时环境数据，包括空气温度、空
气湿度、土壤温度、土壤湿度、光照度、二氧化碳浓度、氧气浓度等。远程实时
查看温室视频监控视频，并可以保存录像文件，防止农作物被盗等状况出现。
（2） 温室环境报警记录及时提醒，用户可直接处理报警，系统记录处理信
息，可以远程控制温室设备。
（3） 远程、自动化控制温室内环境设备，提高工作效率，如自动灌溉系统、
风机、侧窗、顶窗等。
（4） 用户可以直观查看温室环境数据的实时曲线图，及时掌握温室农作物
生长环境。
2.2.2 智能报警系统
（1） 系统可以灵活的设置各个温室不同环境参数的上下阀值。一旦超出阀
值，系统可以根据配置，通过手机短信、系统消息等方式提醒相应管理者。
（2）报警提醒内容可根据模板灵活设置，根据不同客户需求可以设置不同
的提醒内容，最大程度满足客户个性化需求。
（3）可以根据报警记录查看关联的温室设备，更加及时、快速远程控制温
室设备，高效处理温室环境问题。
（4）可及时发现不正常状态设备，通过短信或系统消息及时提醒管理者，
保证系统稳定运行。
2.2.3 远程自动控制
（1） 系统通过先进的远程工业自动化控制技术，让用户足不出户远程控制
温室设备。
（2）可以自定义规则，让整个温室设备随环境参数变化自动控制，比如当
土壤湿度过低时，温室灌溉系统自动开始浇水。
（3）提供手机客户端，客户可以通过手机在任意地点远程控制温室的所有
设备。
2.2.4 历史数据分析
（1）系统可以通过不同条件组合查询和对比历史环境数据。
（2）支持列表和图表两种不同方式查看，用户可以更直观看到历史数据曲
线。
（3）与农业生产数据建立统一的数据模型，系统通过数据挖掘等技术可以
分析更适合农作物生长、最能提高农作物产量的环境参数，辅助决策。
2.2.4 手机客户端
（1） 用户可以通过该智能农业监控系统手机客户端，随时随地查看自己负
责温室的环境参数。
（2）用户可以使用手机端及时接受、查看温室环境报警信息。
（3）通过手机端，用户可以远程自动控制温室环境设备，如自动灌溉系统、
风机、顶窗等。
2.3 运行环境
该系统为B/S三层结构，它的运行环境分为客户端、中央控制器和硬件执行机构
三部分。
以下是系统的运行环境。
（1）客户端
智能手机或个人笔记本电脑。
（2）中央控制器
ARM9或ARM7平台。
（3）硬件执行机构
温湿度传感器节点：Sensirion 公司生产的具有12C 总线接口的单片全校
准数字式相对湿度和温度传感器SHTll 。
光照传感器节点：安捷伦科技公司的模拟输出型环境光照传感器APDS ．
9002光传感器。
CO2传感器节点：MSP4100P 二氧化碳传感器灵敏度高，长期稳定性好，受
环境温湿度情况影响较小，使用方便，寿命长。
土壤水分检测节点：TRS-I/TRS-II数显土壤水势测定仪可以在田间定位检 测和观测土壤水势，从而可进一步获取土壤水分、导水率等土壤水利性质参数。
土壤微量元素检测节点：迅捷牌YN 型土壤微量元素检测仪集仪器与药品于
一体，配备了进行规定项目化验所必需的全部装备，可独立在乡、村进行测定。
2.4 假设与依赖
本项目是否能够成功实施，主要取决于以下的条件：
（1）沈阳师范大学软件学院系统的运行提供必要的且能够满足系统运行条
件的硬件环境和通讯环境，不合适的硬件环境和通讯环境将会影响系统的性能。
（2）开发小组掌握先进的能够适用于该项目的技术，这是系统的性能是否
优化和项目能否成功的保证。
（3）项目团队是否稳定，不稳定的团队将影响项目的进度和质量。
（4）项目前期的问题定义是否合理，就问题定义研究的可行性分析是否可
行，前期的工作将决定后期的进度。
三、系统特性
3.1 系统角色
智能手机或PC 机：智能手机或PC 机担任用户客服端，为用户提供该直观的图形界面，在图形界面中用户就可以实现对大棚的远程控制或其距离控制。
ARM9或ARM7：ARM9或ARM7是智能家居系统的“大脑”，他不仅接受用户的命令，同时也接受传感器或检测装置采集的数据，并按事先规定好的规则办事——其一，将用户的命令分析并作出决定发出相应的执行命令，是硬件执行机构完成用户交代的任务；其次，它将采集机构（各种检测装置或传感器）传来的信息分析、加工、处理、判断，将相应的信息发给用户（智能手机或PC 机）。
传感器或检测装置：在此系统中，传感器或检测装置担任“监督”的角色，他们在一定的时间段内采集数据并将之做适当的处理（或不处理）传给中央控制器，实时监控大棚内情况。,
硬件执行机构：执行中央控制器发出的命令。
3.2系统概述
智能化农业信息技术利用计算机的网络通信能力 , 帮助人们在广泛的范围内快速地获得各种有用的信息；利用计算机的大容量存储能 力 , 帮助人们快速地存放和取出大量有用信息；利用计算机的高速运算能力 , 帮助人们对各类 信息进行快速的科学处理 , 运用各种知识 , 模仿人类专家的思维方法 , 对错综复杂的各类问题 进行快速而有效的定性分析和推理判断；利用声图文并茂的人机交互手段 , 人们既可以方便 地向计算机输入各种信息 , 也可以形象地从计算机那里咨询到所需的信息 , 向农业生产者形象 而及时地传播各类农业生产知识、农业高新技术成果以及农业经济等实用信息 , 为各级农业 管理者和生产者及时提供有关农业资源利用、 农业动态监测、 各类农作物综合管理智能决策、 精准施肥、病虫害综合防治、灾情预报等宏观决策信息；还可以综合各种单项农业技术 , 实 现更高层次的多项农业技术集成 , 起到多层次多方面农业专家的作用 , 实现低耗、 高产、 高效、 优质 , 是世界农业发展的新趋势 , 也是我国农业迈向 21 世纪的最佳选择。
目前农业信息化技术在农业中的应用已经从零散的点的应用发展到全面应用，信息的有效沟通和高效利用使得农业生产系统、农业管理系统、农业市场系统、农村生活系统等农业系统的运转更加有效、智慧，物联网技术的发展将真正促成智慧农业的诞生。农业的可持续发展、和谐农村、农业资源的有效利用和环
境保护，这些被不断提及和关注的问题会得到更优化的解决方法。我们的系统则具备如下特点：
(1)低成本：大量的控制器和传感器终端节点是大棚控制网络中控制的主要对象，这种较大规模的网络需要一个低成本的节点组网技术。
(2)跨平台：智能农业系统的使用环境是一个大棚环境，整个系统中有着错综复杂的平台，不能强制要求用户能够对系统进行复杂的配置和管理，网络环境下各种资源的自组织和协同工作显得非常重要。
(3)可扩展性：能够在系统主架构不做改动的情况下进行维护和扩展，加入新的的智能农业设备。
(4)远程控制：移动终端设备能够接入Internet 并登录到智能农业控制系统中，进行信息交互，实现远程监控和控制。
我们的目标是一方面总结国外发展经济，根据中国的国情找准自己的切入点，另 一方面切实做好有关基于Zigbee 无线技术的物联网应用与研究开发, 力求走出 适合中国国情的精确农业的发展道路。我们基于客户需求持续创新，在物联网传感器、物联网模块、移动物联网和云计算等几大领域都确定了行业领先地位。物体感知、数据传输等领域的综合优势在物联网Zigbee 技术的引领下，现代化的 精准农业采用了先进的温室大棚种植技术。可以在阳光不足的时候，通过物联产 品自动补充人造光线，促进光合作用；可以在湿度不够的时候，通过物联产品自 动为农作物补充水份；更可以创造一个恒温的空间，让农作物一年四季不停的生 长，生生不息„„总之一句话，您可以按照自己的要求随心所欲的控制阳光、空 气、雨露等等。
内置先进的温度感应器，物联无线温度湿度传感器可实时为您监测温室中的温度，通过无线Zigbee 技术，可与温室中的空调设备相连，当室内温度超过或低于系统设定范围时，可自动打开或关闭空调设备。
本系统任务提出者为沈阳师范大学软件学院王小薇老师。系统开发参与者有罗莎莎、宋丹、孙太峰、田柱、卢维维、秦帅、苏明阳、孙承宇、宁宝军、陶世伟。系统使用者是面向广大消费者。技术支持有：综合布线技术、Zigbee 通信技术、 安全防范技术、自动控制技术。
3.3 ZigBee用于智能农业大棚的可行性分析
大棚控制网络是整个智能大棚控制系统的神经和核心，对于大棚控制网络而言，必须满足如下要求：
(1)可靠性，大棚控制网络要求数据传输的可靠性不能因为干扰或者信道阻塞而下降，要保证大棚主节点与大棚设备节点之间安全、无差错的数据传输。ZigBee 的MAC 层采用talk-when ．ready 碰撞避免机制，这种方式大大提高了系统数据传输的可靠性。在talk-when ．ready 机制下，数据接收端收到每一个数据包之后都会进行确认并将确认信息返回给发送方，发送方若在规定的时间之内没有接收到返回信息，即证明发生了“碰撞”，数据将会再次重新传输，另外ZigBee 还提供了鉴权和数据校验功能。
(2)成本，在一个大棚中可能有几十甚至上百个设备节点，对于众多的节点来说，成本是相当可观的。目前，ZigBee 芯片的成本大约在4美元左右，对于大批量应用而言ZigBee 设备的成本可以做到2美元以下。随着半导体集成技术的发展，ZigBee 芯片的体积将会变得越来越小，价格也会降得更低。
(3)可扩展性，在大棚节点设备不会一成不变，而在实际应用中经常需要添加或者删减设备节点，当设备节点数目发生变动时，系统应当具备一定的机制扩充网络节点，而不需要改变网络的结构。ZigBee 网络中每个FFD 设备可连接多达255个节点，而几个FFD 之间则可形成一个更大的无线网络，ZigBee 网络对路由传输的数目则没有限制。
(4)安全性，大棚控制网络中的节点之间的信道不能被非法监听和修改，应该是可靠加密的。ZigBee 采用ASE ．128加密机制进行数据传输，并可以灵活确定其加密属性。ZigBee 联盟开发了ZigBee 的安全层，以保证在远距离的数据传输中节点不会意外泄漏其标识或者被其它节点获得15J 。
(5)信号覆盖率，大棚的范围在10～100米之间，且大棚之间有墙壁阻隔，各设备网络节点之间必须能够穿透墙壁在一定距离之间进行可靠通信。ZigBee 的有效覆盖范围可达100米左右，并且该频段对于墙壁有比较好的穿透性，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而改变，一般都能够覆盖短距离的范围。
3.4 系统特点及优势
（1）人性化设计
我们的物联智能农业系统还可通过设置，随时将温室中的温度情况发送到您的手机上，以便您及时了解，省去经常往大棚跑的麻烦。此外，物联无线温度湿度传感器采用无线控制技术，省去您的布线烦恼，让您的温室更添整洁清爽。
（2）营造作物生长必要舒适湿度环境
适宜的湿度环境也是作物生长的先决条件之一，我们也同样贴心为您考虑到了这一点。物联无线温度湿度传感器，通过监测平台，同步获取温室内空气的湿度系数，当湿度系数不在您的设定值范围内时，可自动控制通风设备等的运行，
使空气湿度控制在作物生长适宜的湿度范围内。同样的，只需一部手机在手，您就能随时随地的获取所有信息。
我们全力打造最前沿的Zigbee 技术产品，为您的作物生长提供最适宜的土壤环境。物联无线土壤温度湿度传感器，可持续监测土壤中的水分和温度，并及时将数据传输到监测平台或您的手机中。您可根据显示数据，设置是否打开或关闭温室中的灌溉系统及通风设备等。
（3）极强的适应能力
众所周知，土壤成分的多样化，其中不乏存在酸性物质等，物联无线土壤温度湿度传感器，外壳采用了高科技的耐腐蚀材料，适用于各类土壤水分的测量，性能温定，可靠性高，大大节省了您的维护时间。
（4）操作简单，方便快捷
无线控制技术，操作更为简单直观，让每一位使用者都能得心应手！
（5）物联无线光照传感器，作物的贴心管家
绿色植物进行光合作用总是依赖着阳光的存在，然而，吸取过多的阳光，在某些时候，对某些特定的作物来讲，却不一定都是百利无一害的。物联无线光照传感器，采用对弱光也有较高灵敏度的硅兰光伏探测器作为传感器，随时监测记录太阳光线的强度。
通过无线Zigbee 技术，物联无线光照传感器还可与相关的补光系统、遮阳系统等设备相连，在有需要时，自动打开相关设备，为您的作物生长打造完美的光照环境。
（6）巧妙设计，给您更多惊喜
科技的日异月新，我们的农业发展规模也越来越大，我们更加迫切需要的是，测量范围更宽阔的物联无线光照传感器。
外形线条流畅，还具备良好的防水能力，即使是刮风下雨也不会影响它的工作。无线技术控制，让您使用更方便，安装更简单！
（7）有效控制作物的光合作用
我们都知道，作物吸收二氧化碳进行光合作用，产生养分，进行新陈代谢。
然而，空气中过多的二氧化碳却反而会抑制作物的生长。如何随时监测空气中二氧化碳的浓度，确保给作物生长提供最佳的生长环境？
物联太阳能无线二氧化碳传感器的出现，最大程度上解决您的烦恼。我们拥有专利的烟雾收集器设计，运用先进的Zigbee 技术，当空气中的二氧化碳浓度超过系统设定阙值范围后，可自动打开与之相连的通风设备，也可增加对作物的光照，使之进行更多的光和作用，从而减少二氧化碳的浓度。
（8）绿色更环保，方便更耐用
利用太阳能供电，不会对周围环境产生任何影响，只为您创造更自然的“绿色农业”。外壳采用多重防护，不受外界高湿等环境影响，确保传感器可靠稳定工作。
（9）让您从繁杂的工作解放出来
管理庞大的农作物基地、温室大棚，总是会用到各种各样的现代化电器设备。当空气和土壤温湿度出现变化时，加热器、加湿器、鼓风机等便是至关重要的存在；当光照强度过高时，便是遮阳网一显身手的时候了„„如此之多的电器设备要一一通电后才能运行，可要在这面积广阔的农田、温室大棚放置冗长错乱的电源插座，不光耗费人力物力，更会成为您自由行走的重重障碍。
偌大的农作物基地，无需帮忙，一人搞定，您相信吗？
物联无线智能插座的出现，恰如其分地解决了您的燃眉之急！基于先进的Zigbee 技术，可支持无线终端设备与无线网络，从而达到无线智能控制插座开关的效果，具有稳定的无线控制功能。
还可以通过物联无线网关，连接到您的手机、电脑或其它任何移动设备上，如此一来，您只需一个按钮就能搞定所以难题，让您在收获的同时，享受到智能农业所带来的便捷与快乐！
（10）操作简便，让您尽享悠闲时光
您无需担心对物联无线智能插座的操控问题，我们按您的实际需要设定好内在程序，您只需将其接通电源，按下识别按钮，就可加入网络进行控制。先进的无线技术，免除您的布线烦恼，让您不必再为杂乱无章的电源插座线头疼，为您倾心打造智能农业时代！
农作物的灌溉历来是农业劳作的重头戏。物联无线电磁阀，使在没有标准电源情况下灌溉系统的自动化成为可能！可根据作物需水量要求, 设置不同的灌溉程序，为您节省宝贵时间！
（11）智能化设计
物联无线电磁阀，采用全新的双密封电池盒，有着优异的防水性能，可在水下3.5米处正常运行，所以您完全不必担心它会不适应阀门箱内的恶劣环境。 内部先进的智能系统，能满足需水量不同的各种作物的灌溉需求。而且，所有安装部件均在地下，有效的减少了人为损坏的可能，为您节省能耗！
基于先进的Zigbee 技术，物联无线电磁阀可与您的监控平台实现无线通讯，还可与您的手机联网，让操作更为简单！
（12）为您打造绿色农业
物联无线电磁阀的电池寿命足以满足整个灌溉季节的需要，每年只需更换一次电池，节能更环保！
（13）总指挥官
智能化的农业管理体系，所有的操作指令总是少不了它的“大脑”——通信控制中心设备，也就是我们的物联无线网关。
它是将Zigbee 无线网络信号和互联网网络相互连接的桥接设备，实现Zigbee 网络设备与互联网网络设备之间的监测与控制。有了它，您可以随时随地在互联网上浏览您的温室大棚最新情况，并且还可以进行远程操控！
（14）简洁直观，方便操控
物联无线网关，基于先进的Zigbee 网络技术，成本低廉，是一般人都能负担的价格；控制更简单，让每一位刚接触的人都能轻松使用；功耗更低、组网更方便、网络更健壮，给您带来高科技的全新感受！
（15）让您的网络更灵活
您的温室大棚规模越大，在使用智能农业系统中，要准确及时地操控所有设备，最值得关注的应该就是网络信号的稳定性。
鉴于温室大棚的网络覆盖区域比较广泛，我们贴心为您呈现物联无线中继器！它能有效连接物联Internet 通信网关和超出物联Internet 通信网关有效控制区域的其它Zigbee 网络设备，实现中继组网，扩大覆盖区域，并传输网关的控制命令到相关网络设备，达到预期传输和控制的效果。
基于先进的Zigbee 技术，物联无线中继器无需接入网线，就可自行中继组网，扩散网络信号，让您的网络灵活顺畅运行，保障您的所有设备正常运行。
四、系统功能描述
4.1 数据采集
温室内温度、湿度、光照度、土壤含水量等数据通过有线或无线网络传递给数据处理系统，如果传感器上报的参数超标，系统出现阈值告警，并可以自动控制相关设备进行智能调节。
4.1.1 温度、湿度检测流程图
温湿度控制系统流程图如下图所示
数据采集部分数据流程图：
客户端数据部分数据流程图：
4.2 视频监控
用户随时随地通过3G 手机或电脑可以观看到温室内的实际影像，对农作物生长进程进行远程监控。
4.3 数据存储
系统可对历史数据进行存储，形成知识库，以备随时进行处 理和查询。
4.4 数据分析
系统将采集到的数值通过直观的形式向用户展示时间分布状况（折线图）和空间分布状况（场图），提供日报、月报等历史报表。
4.5 远程控制
用户在任何时间、任何地点通过任意能上网终端，均可实现对温室内各种设备进行远程控制。
4.6 错误报警
系统允许用户制定自定义的数据范围，超出范围的错误情况会在系统中进行标注，以达到报警的目的。
4.7 统一认证
系统实现统一认证、集中管理控制，包括用户管理、设备管理、认证管理、权限管理等功能。
4.8 手机监控
3G 手机可以实现与电脑终端同样的功能，实时查看各种由传感器传来的数据，并能调节温室内喷淋、卷帘、风机等各种设备。
五、智能农业体系结构图
5.1 系统总体结构设计
智能农业控制系统是以ZigBee 技术为基础综台Intnet 络通信技术、GPRS 无线通信建立起来的一套完整的农业控制系统。设训目的是将农业中的设各连接到网络之中，使传统农业设各具有网络化、自动化、智能化的新特征。本系统需要在农业设备之上安装与之功能相对应的节点模块，这些节点模块包括了传感器、执行器和通信模块。
从功能层次来分，智能农业系统一般由农业设备节点、主节点、网关、终端控制。从网络层次上分为外部网络和内部网络两部分，分
别对应Intemet 网和ZigBee 网络。
设备节点：
包括以下三部分部件：射频收发模块、运算和控制单元、传感和执行模块。射频收发模块作为系统中各网络节点的通信接口，进行网络中各节点设备的网络 无线连接和无线数据或指令的收发。节点终端的传感和执行模块，主要进行情况的探测、三表数据的采集、对各种网络农场电的控制。这种控制或者检测功能需要通过运算和控制单元操作完成。在本系统中农业设备节点的硬件核心为基于CC2430的ZigBee 无线收发模块。
在农业子网中网络协调器FFD 设备充当农业主节点，FFD 负责监督网络的正常
运行，由它主导ZigBee 无线传感器网络的建立，完成网络的初始化、设备控制、数据采集等功能。子网中精简功能设备充当农业设备节点，主要完成传感采集、查询响应等功能，农业设备节点相互之间不能进行通信，只能与农业主节点进行通信。农业主节点与农业网关之间使用串口连接，可将数据上传到农业网关中。 农业网关是智能农业控制系统的核心部分，主要完成农业内部网络各种设备之间的信息交换和信息共享，以及同外部通信网络之间的数据交换功能，同时网关一般还负责农业农业设备的管理和控制。
外部网络：
智能农业系统提供高速Internet 接入和GPRS 无线广域网接口，使得用
户可以通过无线通信网络远程登录到农业网关智能农业管理系统，对系统进行管理和控制，终端节点进行数据访问或者控制。
系统总体流程图：
系统整体数据流图：
数据流程描述：
各个节点模块将各自采集的信息经过处理之后通过农业控制子网传输到农业控制中心，农业控制中心将信息上传到农业网关，农业网关响应用户远程提交
的查询指令通过Intemet 将结果反馈到用户手中的移动终端之上。用户的控制指令按照相同的路径传输给节点模块执行设定操作。
5.2 分系统模块功能实现描述
5.2.1 智能农业远程控制网络
选用TCP 协议，即传输控制协议作为网络通讯协议。TCP 协议是面向连接的协议，即进行网络传输时有一个连接的建立、维护和拆除的过程。在开始数据传输前发送方必须先与接收方建立连接，确认连接建立后再行数据的传输；在数据传输过程中保持已建立的连接；数据传输完成后双方再断开连接，这样就完成了一次完整的数据传输过程。在网络通信中通常使用Socket(套接字) 来实现数据的传输。
手机等移动端：
数据连接功能连接到当地的GPRS 业务节点，然后通过GPRS 网关接入Internet ，实现与农业网关的无线通信。
5.2.2 农业网关
农业内部网络采用的是基于ZigBee 技术的轻量级的网络协议，要实现它与Intemet 等外部TCP ／IP 网络之间的互联，必须有一个用来完成协议转换的设备或功能部件，作为这两种网络连接的桥梁，在本文设计的系统中这个桥梁便是农业网关。农业网关是一个为用户提供各种农业控制服务的平台。农业网关对外可以提供各种远程智能控制接VI ，操作者可以通过手机移动终端连接到Internet 访问农业网关的相关接口，对农场中的农业设备节点进行数据访问或者控制。它的内容主要包括：同志管理、数据交互、人机界面和对内通信。本系统的农业网关利用6410或者PC ，因为PC 功能强大，支持多种设备接口，包括了操作系统和应用软件、网络支持等，能很方便的实现控制和网关功能，还可以根据实际需要定制软硬件和接口，使它的功能、可靠性和成本等各方面更适应智能农业系统的要求。相对PC 来说，嵌入式不仅包括软件开发，还要完成大量的硬件开发和调试工作，
将会增加项目难度，并且降低系统的灵活性。来承担，农业网关和农业主节点之间使用串口连接。
5.2.3 农业主节点
是农业控制网络的主控设备，要求必须由至少一个ZigBee 网络的FFD 设备组成，一方面它主导农业内部网络建立的整个过程，主要包括系统初始化、网络的建立、地址的分配和成员的加入、节点设备数据的更新、数据转发表、设备关联表等几个方面，另一方面作为农业网关和设备节点之间的桥梁，完成农业网关和农业设备节点的通信。农业主节点作为协调器，处于ZigBee 网络的最上层，功能较为复杂，因此智能农业系统对农业主节点的硬件配置也有较高的要求。系统上电后，农业主节点首先选择一个空闲信道，采集活动节点信息，并为之分配一个唯一的节点号，完成系统地址表的初始化。系统运行过程中，农业主节点要与众多设备节点进行通信，并对它们进行相应的控制。除此之外，农业主节点必须能发现网络拓扑结构的改变，如设备节点的插入和拆除，修改和维护网络地址表的信息，实现网络的自组织功能。利用CC2430芯片中心节点的射频天线单元用来接收和发送电磁波信号，LCD 显示模块用来显示网络状况、显示接收到的数据与指令信息，同时可配合按键模块，进行菜单界面的显示。
5.2.4 农业设备节点
是智能设备节点的底层终端主要包括三表计量节点、环境温度湿度监测和控
制节点、报警信号采集节点、农场电控制节点、灯光控制节点等。。设备节点单元主要包含射频收发块和传感器或受控终端以及两者之间的接口控制模块。射频收发模块作为系统中各网络节点的通信接口，进行网络中各节点设备的无线连接和无线数据或指令的收发。系统的终端传感或受控单元，主要进行环境中温度、湿度等各种数据的采集、非法闯入、火灾或有毒气体等意外灾难情况的探测以及对各种农场电设备的控制。
5.3 主体硬件选型
5.3.1 ZigBee硬件选型
在介绍整个系统硬件设计之前，先介绍目前市场上的几款基于ZigBee 技术的硬件平台及其各自特点。在ZigBee 技术联盟中，Ti ，Chipcon ，FreeScale ，Philips 等公司都是ZigBee 标准制订的先驱。在射频收发芯片方面，主要有Chipcon 公司的CC2420[1。71，CC2430[181和FreeScale 公司的MCl3192，MCl3193所提供的两大解决方案。另外，还有Jennie 和HelicoIll 等公司开发的符合ZigBee 规范的芯片和模块。
(1)Chipcon公司(目前已被TI 公司收购) 推出的CC2420，它是一款符合IEEE802．15．4规范的2．4GHz 射频芯片，用来开发工业无线传感及农业组网等PAN 网络的ZigBee 各种产品。同时，Chipcon 公司还推出了一款专门针对ZigBee 技术的SoC 芯片CC2430，它包含一个5l 内核单片机与CC2420射频芯片。它基于0．18um CMOS工艺制成，只需极少外部元器件，且性能稳定且功耗极低。另外，TI 公司还提供免费的ZigBee 协议栈z ．stack 以及配套的开发工具，方便用户在短期内开发适合于ZigBee 的应用方案。
(2)飞思卡尔ZigBee ．Ready 芯片MCl3192，MCl3192是一款适用于ZigBee 产品的
RF 器件。MCl3192只需极少外部元器件，性能稳定、功耗极低，MCl3192的选择性和敏感性指数超过了IEEE 802．15．4标准的要求，可确保短距离通信的有效性和可靠性。可以灵活的嵌入到既有的产品中，轻而易举实现无线感测和监控网络的功能。
(3)英国Jennie 公司的JN5121芯片是业界第一款兼容于IEEE 802．15．4的低功耗，
低成本无线微型控制器。该模块内置一款32位的RISC 处理器，配置有2．4GHz
频段的IEEE802．15．4标准的无线收发器，为无线传感器网络应用提供了多种多样的解决方案，同时高度集成化的设计简化了总的系统成本。JN5121内置的硬件MAC 地址和高度安全的AES 加密算法加速器减小了系统的功耗和处理器的负载。JN5121支持晶振休眠和系统节能功能，同时提供了对于大量的模拟和数字外设的互操作支持，让用户可以方便的连接到自己的外部应用系统。
(4)美国赫立讯Helicomm 公司的ZigBee 无线收发模块IP —Linkl270，IP ．1inkl270是集成了射频收发器，微控制器，数字和模拟I ／O ，多点多拓扑网络层功能于一体的半双工无线通讯系列模块。IP ．Linkl270系列模块内嵌的ZigBee V1．0网络通讯协议。以上的硬件平台都适用于ZigBee 应用的开发。
基于系统的集成度等方面进行综合考虑来选择硬件平台方案。CC2430卓越的性能也是本系统硬件选择的重要因素
CC2430芯片的性能如下：
·较宽的电压范围(2．0"--3．6 v)；
· 高性能和低功耗的51微控制器核；
· 在休眠模式时仅0．9衅的流耗，在待机模式时少于0．6“A 的流耗；在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27 mA 和25 IliA ；
·集成符合IEEE 802．15．4标准的2．4 GHz 的无线电收发机；
·优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性；
·硬件支持CSM 刖CA 功能；
·数字化的RSSFLQl 支持和强大的DMA 功能；
·具有128 KB可编程Flash 和8 KB 的I 乙蝴；
·外部的中断或RTC 能唤醒系统；
·具有电池监测和温度感测功能：
·集成了14位模数转换的ADC ；
·集成AES 安全协处理器；
·带有2个强大的支持几组协议的USART ，以及1个符合IEEE 802．15．4规范的MAC 计时器，1个常规的16位计时器和2个8位计时器；
·兼容RollS 的7x7ram QLP48封装；
·强大和灵活的开发工具。
5.3.2 数据采集部分设计
物理信号的采集需要先经过传感器模块信号转换，将物理信息转化成电信号，然后再经过信号调理部分的去噪、滤波、放大、量化后才能被微控制器精确处理。目前，市场上传感器模块种类繁多，不同厂农场生产的传感器模块的规格与集成度也各不相同。根据传感器输出的信号类型，传感器可以分为：开关信号输出型，模拟信号(电压、电流) 输出型，数字输出型。
通常报警传感器输出的是开关型信号，当检测量超过某个阈值时，传感器输出一个开关信号触发报警。模拟型输出信号包括模拟电流和模拟电压，模拟电流首先经过电湔电压变换到模拟电压后，再将模拟电压经过A ／D 变换数字化后被微处理器进行处理。
数字型传感器集成了信号采集与调理以及A ／D 数字化环节，并将转换后的数值在总线(如，12C ，SPI) 上发送出去等设计人员只需要将其与微控制器的I ／O 引脚相连就可以实现采集数据的读取，操作非常方便。本文主要实现智能农业系统中的环境监测，主要监测对象为：温湿度，亮度，一氧化碳气体，火灾，非法入侵。针对不同的对象，传感器节点采用不同的传感器模块进行采集物理信息。根据传感器的类型，本文针对以上三种类型的传感器设计了应用电路，实现信的采集。
（1）温湿度传感器节点
本节点主要采用瑞士Sensirion 公司生产的具有12C 总线接口的单片全校准数字式相对湿度和温度传感器SHTll[231。该传感器采用独特的CMOS 一技术，具有数字式输出、免调试、免标定、免外围电路及全互换的特点。该传感器可以同时测量相对湿度和温度；精确露点测量；超快响应时间(小于4s) ；超小尺寸(7．5X5X2．5 nun)；可完全浸没水中：
（2）亮度传感器节点
本节点主要采用安捷伦科技公司的模拟输出型环境亮度传感器APDS ．9002光传感器。它采用微型ChipLED 无铅表面封装，它是业内体积最小的器件之一，产品尺寸仅为2．00 mm×1．25 mmX 0．80 him。其紧凑的封装缩小了电路板空间，从而可以实现外形更薄、功能更丰富的产品。另外，它可以在2．4V~5．5V 扩展电压范围内工作，其工作温度范围也扩大至--40℃到+85℃。在工作电压为3V ，环境温度为25℃，负载为1K 欧姆时的线性范围可达到1000LUX ，如图4．17所示。一般情况下，室内照度可根据天气情况而有所不同，其照度一般在【1，500]范围内。因此，APDsf9002光传感器的工作特性完全符合应用需求。
（3）亮度传感器节点
本节点主要采用安捷伦科技公司的模拟输出型环境亮度传感器APDS ．9002光传感器。它采用微型ChipLED 无铅表面封装，它是业内体积最小的器件之一，产品尺寸仅为2．00 mm×1．25 mmX 0．80 him。其紧凑的封装缩小了电路板空间，从而可以实现外形更薄、功能更丰富的产品。另外，它可以在2．4V~5．5V 扩展电压范围内工作，其工作温度范围也扩大至--40℃到+85℃。在工作电压为3V ，环境温度为25℃，负载为1K 欧姆时的线性范围可达到1000LUX ，如图4．17所示。一般情况下，室内照度可根据天气情况而有所不同，其照度一般在【1，500]范围内。因此，APDsf9002光传感器的工作特性完全符合应用需求。
（4）二氧化碳传感器节点
（5）流量传感器节点
六、风险性分析
6.1 经济风险性
6.1.1中国整体大环境经济 在过去30年中，我国农业生产实现高速增长；当前，我国农业改革发展的任务更加艰巨，环境更为复杂, 风险日益突出, 决策极具挑战，迫切需要提高我国农业和主要农产品安全保障能力。在前不久召开的“全国农业信息分析学术研讨会”上，来自全国的农业信息分析研究的科研人员探讨了信息技术手段下的农业信息分析方法，分析了农业信息智能化研究的案例，交流了相关的新进展和新技术。在会上，中国农科院农业信息所所长、中国农学会科技情报分会理事长许世卫研究员对记者说，应用智能技术对产量风险因素进行早期发现、早期预警、早期干预，有利于减缓农业生产波动；有利于提升农产品供给能力；有利于及时掌控农产品的安全态势。
有资料显示，我国的信息学者利用数据挖掘、遥感监测等技术，及时、准确地获取了气象灾害信息、病虫害信息、土壤退化信息、环境污染信息、产量信息等农业生产信息。许世卫研究员认为，运用智能技术，可以分析生产风险因子历史和空间数据，进行农业产量的早期判断；运用模拟仿真技术，综合分析影响农业生产的社会因素、经济变化、气象环境、国际贸易等诸多因素，可以适时指导农业生产和宏观决策，减少因水灾、旱灾、冰雹、台风、病虫害等造成的产量风险，实现农业生产风险的早期判断，保障国家的食物安全维持在更高水平上。农业部的“农作物遥感监测系统”，通过采用遥感和地理信息系统手段，及时、动态地监测农作物生长状况，解决了依赖实地调查、手工记录、数据上报等传统信息获取方式的不足。
6.1.2国际经济风险
分析2013年世界范围内智能农业市场发展状况、智能农业行业特点和智能农业市场需求。先不谈市场状况如何，单是先前几大国际巨头的行动就已经让我们预先看到了2013年智能农业行业稳定的发展前景。
先来看一组数据：美国农业部最近的调查报告指出，由于国内智慧农业发展迅速，正在为推动美国农业出口创造更大的盈余。前年发布的美国2010年贸
易数据证实了美国在农作物种植方面的杰出才能。虽然从总体上看，美国2010年商品和服务贸易逆差进一步扩大，再次下滑近5000亿美元，但农业出口同比增长了几乎1/3，创造了近400亿美元的贸易盈余。在2010年，美国农业出口额为1158亿美元，创历史新高。
美国农业部长汤姆·维尔萨克表示：“如今的数据显示，全球对美国食品和农产品的需求正在飙升。”他指出，智慧农业每年可为美国农民节约数百万美元，并避免了使用不必要的化肥和杀虫剂，从而显著降低了规模化农业对环境的冲击。去年美国农业出口打破纪录，比2008年创造的上个纪录1148亿美元多出了近10亿美元。
6.1.3中国智能家居产业行业重点区域运行分析 智能农业作为一个新兴蓝海项目，前景不可估量。但纵观智能农业进入中国十年历程中，不难发现它仍然是一个新的市场，各种各样的问题在某种程度上制约着市场的发展。目前为止，智能农业生产厂家与装有智能家居的建筑主要集中在深圳、广州、北京、上海等发达地区，其他地区则零零星星。
在现代信息技术应用日趋广泛的今天，卫星正在帮助许多国家的农场主从事低污染而又高效益的农业耕作。例如，由英国梅西-弗格森公司研制出全球定位系统测绘系统，可用于一家耕地面积为1000公顷的农场，该农场种植小麦、葡萄、豌豆、马铃薯、大豆和向日葵。
产量和位置两套数据储存进机载计算机中，并加以标准化。随后将这种信息转存至一张小巧的像厚信用卡一样的小存储芯片上，再将其放入农场的计算机中，从而得出差别所带来的产量波动。
目前，卫星定位系统和电脑结合的技术设备，在美国、欧洲和日本已广泛用于拖拉机、播种机和收割机上。比如，将卫星定位系统接收器与电脑显示屏安装在拖拉机上和播种机上，农场主形容开这些农机就像开飞机一样，按照提前设定好的耕作路线图，走得不偏不斜，夜间照样可以均匀地精耕细作。把这些技术设备用在收割机上，收割机在收割行进时，驾驶舱里的显示屏就会准确显示出每块地的庄稼产量和重量。卫星和信息技术还可以准确地监测到每块地庄稼的病虫害以及肥料、水分等庄稼营养成分的现状。
在现代信息技术的支持下，智慧农业得以大放光彩：根据土壤的状况使肥力的效果得到改善；根据病虫害的情况来调节农药喷洒量；不再耕种那些土壤已经板结的土地，也就是说放弃那些耕种时间过长的土地；自动调节拖拉机的耕种深
度„„在卫星的密切监视下，加上拖拉机的电脑上已经记录了机器的作业情况以及取得的成果，这样农场主就可以以最“科学”的方式来管理自己的“电脑农场”。
6.1.4区域经济侧重风险 我国是世界上的农业大国，但又是耕地严重不足的国家，目前我国人均耕地面积排名世界第126位，仅占有世界人均耕地面积的40%。因此，发展智慧农业具有长远和现实意义。
我国幅员辽阔，农业自然条件复杂，农业机械化综合水平较低，在农业生产领域，电子、计算机和信息等技术的应用还较少，因此全面推广智慧农业尚有一定困难，但可以在规模化和机械化程度较高的地区，如新疆、黑龙江等地区的大型农场率先开展智慧农业技术应用。对于经济发达、城市化程度高的地方，要建立合理的土地流转机制，引导农户发展适度规模经营，进行智慧农业试验，逐步推广智慧农业技术。此外，应广泛建立适合于家庭联产承包分散经营的智慧农业技术体系，以提高农业生产效益。
尤其要提及的是，我国西部地广人稀，有较好的规模经营基础，从自然条件来说，比较适于开展智慧农业；西部地区占主导的是第一产业，第三产业并未得到充分发展，但如果发展基于知识之上的新技术，西部的产业结构可以得到进一步优化；另外西北地区现阶段水资源开发利用方式不合理，管理落后，灌溉方式不当引起土壤沙化、草场退化和土地次生盐碱化，目前全国水土流失面积约80%发生在西部，每年新增的荒漠化土地也大多分布在西部地区。智慧农业系统中在自动监测控制条件下的精准灌溉工程技术，如喷灌、滴灌、微灌和渗灌等，可大大节约西部水资源利用率。
作为长远策略，我国可以县或乡为单位，研究建立区域性土壤养分信息系统，分区指导当地的养分管理和肥料合理施用，逐步建立起适合小规模分散经营体制下的智慧农业信息化管理模式。
面对我国农业发展相对落后的现状和国际市场的挑战，我国应不失时机地大力发展智慧农业，使之成为我国农业普及现代信息技术、实现农业现代化的突破口。长期以来的实践证实, 现代农业离不开现代信息技术，后者打造的智慧农业无疑将改造世界农业，并孕育世界农业未来的新希望。
6.2 智能家居行业政策风险
6.2.1分析智能家居宏观产业政策
密切关注国内行业主管部门及监管体制的最新政策，分析项目选择的背景、投资的政策风险性、投资理由及项目开展的支撑性条件等等。国家政策主要扶持的七大战略性新兴产业，新一代信息技术位列其中。新一代信息技术被分为六个方面，分别是下一代通信网络、物联网、三网融合、新型平板显示、高性能集成电路和以云计算为代表的高端软件。当前，国家对新一代信息技术的推动，无疑给智能农业行业送来了暖风。网络通信技术是智能农业集成中关键的技术之一。信号传输方式的改进、传输速度的加快、安全水平的提升都会给系统整体性能带来积极改变。 国家对新一代信息技术的支持，还对信息技术普及开来起到了非常好的宣传作用，将使人们更容易接纳信息技术产品融入农业生产之中。目前，大部分新型农业的农民朋友们已经离不开智能光照控制、中央控制系统、智能温度系统等基本的智能农业设备。
6.2.2 避环保政策风险
在项目建设中，必须贯彻执行国家有关环境保护、能源节约和职业安全卫生方面的法规、法律，对项目可能对环境造成的近期和远期影响，对影响劳动者健康和安全的因素，都要在可行性研究阶段进行分析，提出防治措施，并对其进行评价，推荐技术可行、经济，且布局合理，对环境的有害影响较小的最佳方案。按照国家现行规定，凡从事对环境有影响的建设项目都必须执行环境影响报告书的审批制度，同时，在可行性研究报告中，对环境保护和劳动安全要有专门论述。
6.2.3 规避节能政策风险
按照国家发改委的规定，节能需要单独列一章。按照国家发改委的相关规定，在不超过一定耗能标准的情况下，项目立项不必取得节能审查批准意见，但是对建设规模超过发改委规定要求的项目，《节能专篇》如同《环境评价报告》一样，是项目建设前置审核的必须环节。
6.2.4 规避区域政策风险
我国非常中国智能农业领域的发展，国家和地方在最近几年有关该领域的政策力度明显加强，突出表现在如下几个方面：稳定国内外市场、提高自主创新能、加快实施技术改造、淘汰落后产能、优化区域布局、完善服务体系、加快自主品牌建设、提升企业竞争实力。
6.3 项目开发风险
6.3.1项目选择风险
在对建设项目进行评价时，所采用的数据多数来自预测和估算。由于资料和信息的有限性，将来的实际情况可能与此有出入，这对项目投资决策会带来风险。为避免或尽可能减少风险，就要分析不确定性因素对项目经济评价指标的影响，以确定项目的可靠性，这就是不确定性分析。
根据分析内容和侧重面不同，不确定性分析可分为盈亏平衡分析、敏感性分析和概率分析。在可行性研究中，一般要进行的盈亏平衡平分析、敏感性分配和概率分析，可视项目情况而定。
6.3.2 方案设计风险
(1)项目技术先进性问题
项目开发本着高起点、高标准的准则，拟吸收掌握先进技术的人才，引进先进生产管理经验，保证高效研发、技术先进、成果质量领先。
(2)研发小组成员所掌握的技术手段是否能够满足功能分析中的各项要求：
智能农业的功能需要对项目开发过程中的使用的各种技术进行评估。项目开发技术通常是这样：最成熟的技术，往往不能体现最好的功能需能；先进的技术，往往人员对其熟悉程度不够，对其中隐含的缺陷不够明了。因此，在制定项目开发计划和定义功能需求时必须考虑这些因素，并做出合理的权衡决策。
6.3.3 方案经济风险
农业物联网是未来农业观念直接表现形式，在建设项目的技术路线确定以后，必须对不同的方案进行财务、经济效益评价，判断项目在经济上是否可行，并比选出优秀方案。本部分的评价结论是建议方案取舍的主要依据之一，也是对建设项目进行投资决策的重要依据。农业物联网就是物联网技术在农业生产经营管理中的具体应用，通过操作终端及传感器采集各类农业数据，通过无线传感器网、移动通信无线网、有线网等实现信息传输，通过作业终端实现农业生产过程全监控与管理。“农业物联网”既能改变粗放的农业经营管理方式，也能提高农作物疫情疫病防控能力，确保农产品质量安全，引领现代农业发展。
6.3.4 组织实验风险
(1)设计方案超期问题
设计智能农业系统，工期常常是制约系统质量的主要因素。很多情况下，研发部门在工期的压力下，放弃文档的书写，组织，结果在工程的晚期，大量需
要文档进行协调的工作时，致使开发进度越来越慢。智能农业是一个整体的系统方案，在不同技术方面，不同的的工程阶段，需要的人员不同，需要配合的方面也不同，所有这些都需要行之有效的软件管理的保证。
(2)相关设备供应及使用问题
项目相关设备目前在市场上供应充足，可以实现就近采购。项目本着生产优质产品、创造一流品牌的理念，对相关设备进行严格把关，对设备供应商进行优选，保证生产顺利进行。
(3)如何实现标准化管理
组织标准化将每个成员的职责及工作调配加以标准化，使组织的运作在成员各司其职、分工协作下发挥团队的力量。物料标准化以减少资源浪费便于管理。作业标准化制定各项工作流程与注意事项。管理标准化建立各项管理指标，并以此作为评价实际作业的依据，了解实际运作的水平，并进行调整和控制。
(4)如何实现精耕细作管理
“精耕细作”在一定面积的土地上，投入较多的生产资料和劳动，采用先进的技术，进行细致的土地耕作，以提高单位面积产量。
(5)如何管理设施农业
设施农业是利用人工建造的设施，使传统农业逐步摆脱自然的束缚，走向现代工厂化农业生产的必由之路，同时也是农产品打破传统农业的季节性，实现农产品的反季节上市，进一步满足多元化、多层次消费需求的有效方法。设施农业在农林牧副渔业所占比重标志着农业的进化程度，是农业产业升级的重要标志。
(6)健康种植问题
采用科学的种植方法与管理，实现健康种植，提高农作物的品质与产量，为企业带来经济增加与效益。技术实现方面，大唐移动通过采用各传感器、视频设备、GIS 地理信息技术、GPS 定位技术、二维码技术、并建设一个智能分析模型，实现农业生产过程信息化管理平台，实现在互联网及桌面电脑、智能手机等终端上进行系统访问与管理各个设备。
6.4 行业市场风险
6.4.1 产品市场需求风险
市场风险分析在风险分析研究中的重要地位在于，任何一个项目，其生产
规模的确定、技术的选择、投资估算甚至厂址的选择，都必须在对市场需求情况有了充分了解以后才能决定。而且市场分析的结果，还可以决定产品的价格、销售收入，最终影响到项目的盈利性和可行性。在可行性研究报告中，要详细研究当前市场现状，以此作为后期决策的依据。因此，智能家居项目产品市场调查包括以下项目调研，调研结果项目评估小组进行慎重考虑。
在现代信息技术应用日趋广泛的今天，卫星正在帮助许多国家的农场主从事低污染而又高效益的农业耕作。例如，由英国梅西-弗格森公司研制出全球定位系统测绘系统，可用于一家耕地面积为1000公顷的农场，该农场种植小麦、葡萄、豌豆、马铃薯、大豆和向日葵。产量和位置两套数据储存进机载计算机中，并加以标准化。随后将这种信息转存至一张小巧的像厚信用卡一样的小存储芯片上，再将其放入农场的计算机中，从而得出差别所带来的产量波动。
目前，卫星定位系统和电脑结合的技术设备，在美国、欧洲和日本已广泛用于拖拉机、播种机和收割机上。比如，将卫星定位系统接收器与电脑显示屏安装在拖拉机上和播种机上，农场主形容开这些农机就像开飞机一样，按照提前设定好的耕作路线图，走得不偏不斜，夜间照样可以均匀地精耕细作。把这些技术设备用在收割机上，收割机在收割行进时，驾驶舱里的显示屏就会准确显示出每块地的庄稼产量和重量。卫星和信息技术还可以准确地监测到每块地庄稼的病虫害以及肥料、水分等庄稼营养成分的现状。
在现代信息技术的支持下，智慧农业得以大放光彩：根据土壤的状况使肥力的效果得到改善；根据病虫害的情况来调节农药喷洒量；不再耕种那些土壤已经板结的土地，也就是说放弃那些耕种时间过长的土地；自动调节拖拉机的耕种深度„„在卫星的密切监视下，加上拖拉机的电脑上已经记录了机器的作业情况以及取得的成果，这样农场主就可以以最“科学”的方式来管理自己的“电脑农场”。
6.4.2 智能家居项目产品市场前景预测
市场预测是市场调查在时间上和空间上的延续，是利用市场调查所得到的信息资料，根据市场信息资料分析报告的结论，对本项目产品未来市场需求量及相关因素所进行的定量与定性的判断与分析。在可行性研究工作中，市场预测的结论是制订产品方案，确定项目建设规模所必须的依据。必须有专门市场前景预测研究小组对一下项目进行预测。
在许多国家，发展智慧农业已成为一种共识，可以使土地得到充分的科学利用，合理密植；可以节省时间和资源，提高工作效率，减少人力、财力不必要
的浪费，最大限度地降低成本。比如，通过对庄稼肥力、水分的检测，可以科学合理地施肥和浇水。据统计，使用智慧农业技术，每季度庄稼可以节省30%的水。不仅各种资源和成本大大降低，更重要的是能大大提高作物的产量。
目前智慧农业技术在美国中西部地区和西欧应用得最为广泛，主要用于甜菜、玉米和大豆等作物的种植。大部分的智慧农业技术需要依靠各种全球定位系统装置和可以将天气模式、土壤性质和虫害控制等方面的信息在地图上用一个点表示出来的软件。农场主们可以利用这些信息来进行指挥，根据种植区的每个部分需要多少肥料和杀虫剂来调整可变速率喷洒器的施用量。
使用了智慧农业技术的农场主认为，这种种植方法给他们提供了一些新的方式来分析他们对土地的投入和他们从土地中获得的回报之间的关系，并且使他们可以在成本不变的情况下管理更多的土地。但长期以来智慧农业技术的推广应用一直进展得相当缓慢，这主要是因为有关设备和服务的成本太高，小型农场是无法负担这笔费用的，还有一个原因是智慧农业技术带来的好处并不总是十分明确。 大多数购买精确种植技术的农业生产者都承认，如果想在激烈的竞争中取得胜利，智慧农业技术的各个组成部分都是必不可少的。设在罗切斯特的阿格里林克食品合作组织的副主席托马斯·费瑟说：“对智慧农业技术有抵触情绪的人将无法在竞争中生存下来。”
亚拉巴马州奥本大学工程与生物系统学教授约翰·富尔顿指出：“使用更先进的智慧农业工具能够节约更多的费用，约为每英亩15美元。“使用指导系统和智慧农业基本技术可每英亩节约2至8美元不等。”研究显示，精细耕作技术可以将杀虫剂和化肥的使用量减少10%或更多，而不会影响农作物的产量。而且，这些技术还在不断发展。比如，亚利桑那州研究人员正在使用全球动态实时定位系统（一种精细度高达次英寸级别的GPS 系统），以通过耕耘机来控制棉花地的种子。更为重要的是，这种做法比现今所有杀虫剂都更加有效和节约成本。
6.4.3 至今为止市场容量分析
2007-2011年，我国建筑业新开工面积年均增速在11.78%左右，前瞻以此增速来推算2013-2018年我国建筑业新开工面积；2012年，我国智能建筑系统的平均造价在67.24元/平方米左右，前瞻在此暂不考虑未来智能建筑规模化效应带来的单价下降以及通货膨胀因素，以此单价来推算2013-2018年的智能建筑行业市场规模。通过推算可以发现，2013-2018年我国智能建筑行业市场规模年均增速保持在20%以上；到2018年，我国智能建筑市场规模将高达3331亿元左
右。
从狭义的智能家居设备应用来看，主要集中在商品住宅市场，其中别墅及高档公寓的应用比例处于较高的水平。2004-2012年，我国的居住建筑面积呈逐年增长趋势，年均增长速度稳定在4%左右。据国家住房与城乡建设部的数据测算，截至2012年底，我国居住建筑面积超过334.50亿平方米。
我国的居住建筑面积在2003年减少了7.53亿平方米，2003年之后除2007年外，每年新增的居住建筑面积比较稳定。2007年，我国新增居住建筑面积28.42亿平方米，为进入二十一世纪后的最大值。我国近四年来的居住建筑面积保持平均年增长11亿平方米左右的稳定趋势。
6.4.4 价格风险
整个智能农业系统市场价格范围较广。价格由1000~100000元不等, 避免被拖入价格低谷，我们研发部门建议价格是根据用户选择的户型和功能模块收费。
智能家居销售价格正在悄悄“亲民”，主要原因在于引进了ZigBee 为代表的无线物联网技术，克服了钻墙布线，工期短，工人工资成本低，规模化生产平摊生产成本，使得无线智能农业价格一路走低。
6.5 参考文献
中国农业新闻网-----------------------用信息智能分析提高农业安全保障能力 中国政务信息网-------------------------------------------美国:打造智慧农业
沈阳师范大学
科信软件学院
智能农业需求分析
结合最近的市场调研，针对目前西瓜种植过程中出现的问题，如土地的选择、土地的最大化利用、温湿度、水分、CO2浓度及光照的需求等，整理出智能农业（农作物为西瓜）需求分析文档。该文档由沈阳师范大学可信软件学院嵌入式方向小组成员完成。
2013年12月17日
目 录
一、 引言........................................................... 4
1.1 目的 ........................................................ 4
1.2 系统开发背景 ................................................ 4
1.3 文档格式 .................................................... 4
1.4 预期的读者和阅读建议 ........................................ 5
1.5 范围 ........................................................ 5
1.6 术语 ........................................................ 5
1.7 参考文献 .................................................... 6
二、 系统概述....................................................... 7
2.1 概述 ........................................................ 7
2.2 系统功能 .................................................... 8
2.2.1 温室环境实时监控....................................... 8
2.2.2 智能报警系统........................................... 8
2.2.3 远程自动控制........................................... 8
2.2.4 历史数据分析........................................... 9
2.2.4 手机客户端............................................. 9
2.3 运行环境................................................. 9
2.4 假设与依赖 ................................................. 10
三、 系统特性...................................................... 11
3.1 系统角色 ................................................... 11
3.2系统概述.................................................... 11
3.3 ZigBee用于智能农业大棚的可行性分析......................... 12
3.4 系统特点及优势 ............................................. 13
四、 系统功能描述.................................................. 17
4.1 数据采集 ................................................... 17
4.1.1 温度、湿度检测流程图 ..................................... 17
4.2 视频监控 ................................................... 18
4.3 数据存储 .................................................. 18
4.4 数据分析 ................................................... 18
4.5 远程控制 ................................................... 18
4.6 错误报警 ................................................... 18
4.7 统一认证 ................................................... 19
4.8 手机监控 ................................................... 19 五、 智能农业体系结构图............................................ 20
5.1 系统总体结构设计 ........................................... 20
5.2 分系统模块功能实现描述 ..................................... 22
5.2.1 智能农业远程控制网络.................................. 22
5.2.2 农业网关.............................................. 22
5.2.3 农业主节点............................................ 23
5.2.4 农业设备节点.......................................... 23
5.3 主体硬件选型 ............................................... 24
5.3.1 ZigBee硬件选型 ....................................... 24
5.3.2 数据采集部分设计...................................... 25
六、 风险性分析.................................................... 29
6.1 经济风险性 ................................................. 29
6.1.1中国整体大环境经济 .................................... 29
6.1.2国际经济风险 .......................................... 29
6.1.3中国智能家居产业行业重点区域运行分析 .................. 30
6.1.4区域经济侧重风险 ...................................... 31
6.2 智能家居行业政策风险 ....................................... 31
6.2.1分析智能家居宏观产业政策 .............................. 31
6.2.2 避环保政策风险........................................ 32
6.2.3 规避节能政策风险...................................... 32
6.2.4 规避区域政策风险...................................... 32
6.3 项目开发风险 ............................................... 32
6.3.1项目选择风险 .......................................... 33
6.3.2 方案设计风险.......................................... 33
6.3.3 方案经济风险.......................................... 33
6.3.4 组织实验风险.......................................... 33
6.4 行业市场风险 ............................................... 34
6.4.1 产品市场需求风险...................................... 34
6.4.2 智能家居项目产品市场前景预测.......................... 35
6.4.3 至今为止市场容量分析.................................. 36
6.4.4 价格风险.............................................. 37
6.5 参考文献 ................................................... 37
一、引言
1.1 目的
本文档的目的是增产增收、节约资源、保障安全。智能农业还能促进农村产
业结构调整，实现科技对农业的贡献，并在保持水土平衡、调节气候、改善地理
环境，促进生态平衡方面发挥重大作用，具有良好的社会效益和生态效益。
1.2 系统开发背景
我国人口占世界总人口的22%，耕地面积只占世界耕地面积的7%。随着经
济的飞速发展, 人民生活水平不断提高，资源短缺、环境恶化与人口剧增的矛盾
却越来越突出。特别是我国加入世贸组织后, 国外价格低廉的优质农副产品源源
不断地流入我国, 这对我国的农产品市场构成极大威胁。因此, 如何提高我国农产
品的质量和生产效率, 如何对大面积土地的规模化耕种实施信息技术指导下科学
的精确管理, 是一个既前沿又当务之急的科研课题。
棉花套种西瓜，能充分利用棉花苗期行间空闲，提高土地利用率，增加经济
效益。棉花与西瓜套种，使棉农前期可以收获西瓜，后期可收获棉花，并且套种
比纯作棉花基本不减产。
土壤的改良利用应遵循因地制宜，统一规划，综合治理的原则。主要措施可
概括为三个方面：一是水利措施，包括排水、灌溉、放淤；二是农业生物措施，
包括平整土地、土壤培肥、种植耐碱作物与绿肥；三是化学改良措施，主要是使
用化学改良剂。 西瓜根系发达，耐早、耐瘠薄，对土壤的适应性强。但西瓜根系生长需要较
高的土温，需要一定的空气氧含量，不耐水涝，故最适宜种西瓜的土壤是土质疏
松、有一定保水保肥能力的沙填土。沙壤土的通透性好，春季升温快，有利于西
瓜根系的发育伸展，栽培西瓜发苗快，果实易早热，品质好。特殊土壤种西瓜时
还应采取不同的管理措施。
1.3 文档格式
本文档按以下要求和约定进行书写：
（1）页面的左边距为2.5cm ，右边距为2.0cm ，装订线靠左，行距为最小值
20磅。
（2）标题最多分三级，分别为宋体小三、宋体四号、宋体小四，标题均加
粗。
（3）正文字体为宋体小四号，无特殊情况下，字体颜色均采用黑色。
（4）出现序号的段落不采用自动编号功能而采用人工编号，各级别的序号
依次为（1）、1）、a) 等，特殊情况另作规定。
1.4 预期的读者和阅读建议
本文档的主要内容共分4部分：综合描述、系统特性、和非功能性需求和外
部接口描述。综合描述部分主要对系统的整体结构进行了大致的介绍；系统特性
部分对系统的功能需求进行了详细描述，是本文的主要部分；非功能性需求部分
对非功能需求进行了详细的描述；外部接口需求部分对用户界面、软件接口、硬
件接口和通讯接口等进行了描述。
本文档面向多种读者对象：
（1）项目经理：项目经理可以根据该文档了解预期产品的功能，并据此进
行系统设计、项目管理。
（2）设计员：对需求进行分析，并设计出系统，包括数据库的设计。
（3）程序员：配合《设计报告》，了解系统功能，编写《用户手册》。
（4）销售人员：了解预期产品的功能和性能。
（5）用户：了解预期产品的功能和性能，并与分析人员一起对整个需求进
行讨论和协商。
1.5 范围
农业生产具有地域性、季节性和周期性的特点，农业生产问题的认知过程
是非常复杂的行为，涉及环境、气候、土壤、品种、水分、肥力、技术、管理等
多个因素。所以本产品适用与任何种植地点，能够改善土土壤情况、温度等诸多
因素。
1.6 术语 (1) 智能农业
是指在相对可控的环境条件下，采用工业化生产，实现集约高效可持续发展
的现代超前农业生产方式，就是农业先进设施与露地相配套、具有高度的技术规
范和高效益的集约化规模经营的生产方式。
(2)客户端（Client ）
亦称为用户端。是指与服务器相对应，为客户提供本地服务的程序。客户端
在运行时需要建立特定的通信连接，使用网络中有相应的服务器和服务程序来提
供相应的服务。
(3)无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)
是由部署在监测区域内大量的微型传感器节点组成，并通过无线通信方式形
成的一个多跳自组织网络。
(4)传感技术
是敏感功能材料科学、传感器技术、微细加工技术等多学科技术相互交叉而
形成的新技术。其中，传感器技术是涉及传感（检测）原理、传感器件设计、传
感器开发和应用的综合技术。
(5)TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）
即传输控制协议，在网络中提供可靠数据传输和无连接数据服务的一组协
议。提供可靠数据传输的协议称为传输控制协议TCP ，提供无联接数据服务的协
议称为网际协议IP 。
1.7 参考文献
《农业智能系统》 赵春江 著
《农业物联网导论》 李道亮 著
《智能农业专家系统工程》史继宝 杨连志 王孝岐 李春芝 著
《基于全信息的智能农业装备技术专利战略研究》 赵旭 著
《物联网技术应用》 张海涛 马健 著
二、系统概述
2.1 概述
为了对农业生产起到指导作用，智能农业系统需要对主要的农业生产影响因
素进行监测和控制。整套系统主要利用传感器技术、通信技术及计算机技术实现
其功能。利用传感器对不同的影响因素进行信号的采集，并做初步的处理后，通
过无线通信技术传输到上位计算机中，由计算机进行数据的分析和管理，并经过
时间上的数据积累，与农业专家一起，构建具备初步完善的专家数据平台，给农
业生产带来指导性作用。同时，为了调节不适合农业作物生长的因素，仍然需要
一套完备的下位机控制系统，实现被监测参数的调节和完善。智能农业系统整体
组成框图如图所示。
智能农业系统所使用的传感器需要满足农业生产的要求，实现数据的实时采
集。本系统采用的专业传感器，具有稳定性好、精度高等特点，在实际应用过程
中，效果显著。通信部分则采用无线通信方式，农业基地的空旷性给无线通信的
实现带来了便利，有线通信反而会对农业生产产生影响。中央控制处理器是所有
参数的集中点，采用32位的ARM 处理器来实现，采用linux 操作系统进行资源
的管理，性能更稳定。
2.2 系统功能
2.2.1 温室环境实时监控
（1） 通过电脑或者手机远程查看温室的实时环境数据，包括空气温度、空
气湿度、土壤温度、土壤湿度、光照度、二氧化碳浓度、氧气浓度等。远程实时
查看温室视频监控视频，并可以保存录像文件，防止农作物被盗等状况出现。
（2） 温室环境报警记录及时提醒，用户可直接处理报警，系统记录处理信
息，可以远程控制温室设备。
（3） 远程、自动化控制温室内环境设备，提高工作效率，如自动灌溉系统、
风机、侧窗、顶窗等。
（4） 用户可以直观查看温室环境数据的实时曲线图，及时掌握温室农作物
生长环境。
2.2.2 智能报警系统
（1） 系统可以灵活的设置各个温室不同环境参数的上下阀值。一旦超出阀
值，系统可以根据配置，通过手机短信、系统消息等方式提醒相应管理者。
（2）报警提醒内容可根据模板灵活设置，根据不同客户需求可以设置不同
的提醒内容，最大程度满足客户个性化需求。
（3）可以根据报警记录查看关联的温室设备，更加及时、快速远程控制温
室设备，高效处理温室环境问题。
（4）可及时发现不正常状态设备，通过短信或系统消息及时提醒管理者，
保证系统稳定运行。
2.2.3 远程自动控制
（1） 系统通过先进的远程工业自动化控制技术，让用户足不出户远程控制
温室设备。
（2）可以自定义规则，让整个温室设备随环境参数变化自动控制，比如当
土壤湿度过低时，温室灌溉系统自动开始浇水。
（3）提供手机客户端，客户可以通过手机在任意地点远程控制温室的所有
设备。
2.2.4 历史数据分析
（1）系统可以通过不同条件组合查询和对比历史环境数据。
（2）支持列表和图表两种不同方式查看，用户可以更直观看到历史数据曲
线。
（3）与农业生产数据建立统一的数据模型，系统通过数据挖掘等技术可以
分析更适合农作物生长、最能提高农作物产量的环境参数，辅助决策。
2.2.4 手机客户端
（1） 用户可以通过该智能农业监控系统手机客户端，随时随地查看自己负
责温室的环境参数。
（2）用户可以使用手机端及时接受、查看温室环境报警信息。
（3）通过手机端，用户可以远程自动控制温室环境设备，如自动灌溉系统、
风机、顶窗等。
2.3 运行环境
该系统为B/S三层结构，它的运行环境分为客户端、中央控制器和硬件执行机构
三部分。
以下是系统的运行环境。
（1）客户端
智能手机或个人笔记本电脑。
（2）中央控制器
ARM9或ARM7平台。
（3）硬件执行机构
温湿度传感器节点：Sensirion 公司生产的具有12C 总线接口的单片全校
准数字式相对湿度和温度传感器SHTll 。
光照传感器节点：安捷伦科技公司的模拟输出型环境光照传感器APDS ．
9002光传感器。
CO2传感器节点：MSP4100P 二氧化碳传感器灵敏度高，长期稳定性好，受
环境温湿度情况影响较小，使用方便，寿命长。
土壤水分检测节点：TRS-I/TRS-II数显土壤水势测定仪可以在田间定位检 测和观测土壤水势，从而可进一步获取土壤水分、导水率等土壤水利性质参数。
土壤微量元素检测节点：迅捷牌YN 型土壤微量元素检测仪集仪器与药品于
一体，配备了进行规定项目化验所必需的全部装备，可独立在乡、村进行测定。
2.4 假设与依赖
本项目是否能够成功实施，主要取决于以下的条件：
（1）沈阳师范大学软件学院系统的运行提供必要的且能够满足系统运行条
件的硬件环境和通讯环境，不合适的硬件环境和通讯环境将会影响系统的性能。
（2）开发小组掌握先进的能够适用于该项目的技术，这是系统的性能是否
优化和项目能否成功的保证。
（3）项目团队是否稳定，不稳定的团队将影响项目的进度和质量。
（4）项目前期的问题定义是否合理，就问题定义研究的可行性分析是否可
行，前期的工作将决定后期的进度。
三、系统特性
3.1 系统角色
智能手机或PC 机：智能手机或PC 机担任用户客服端，为用户提供该直观的图形界面，在图形界面中用户就可以实现对大棚的远程控制或其距离控制。
ARM9或ARM7：ARM9或ARM7是智能家居系统的“大脑”，他不仅接受用户的命令，同时也接受传感器或检测装置采集的数据，并按事先规定好的规则办事——其一，将用户的命令分析并作出决定发出相应的执行命令，是硬件执行机构完成用户交代的任务；其次，它将采集机构（各种检测装置或传感器）传来的信息分析、加工、处理、判断，将相应的信息发给用户（智能手机或PC 机）。
传感器或检测装置：在此系统中，传感器或检测装置担任“监督”的角色，他们在一定的时间段内采集数据并将之做适当的处理（或不处理）传给中央控制器，实时监控大棚内情况。,
硬件执行机构：执行中央控制器发出的命令。
3.2系统概述
智能化农业信息技术利用计算机的网络通信能力 , 帮助人们在广泛的范围内快速地获得各种有用的信息；利用计算机的大容量存储能 力 , 帮助人们快速地存放和取出大量有用信息；利用计算机的高速运算能力 , 帮助人们对各类 信息进行快速的科学处理 , 运用各种知识 , 模仿人类专家的思维方法 , 对错综复杂的各类问题 进行快速而有效的定性分析和推理判断；利用声图文并茂的人机交互手段 , 人们既可以方便 地向计算机输入各种信息 , 也可以形象地从计算机那里咨询到所需的信息 , 向农业生产者形象 而及时地传播各类农业生产知识、农业高新技术成果以及农业经济等实用信息 , 为各级农业 管理者和生产者及时提供有关农业资源利用、 农业动态监测、 各类农作物综合管理智能决策、 精准施肥、病虫害综合防治、灾情预报等宏观决策信息；还可以综合各种单项农业技术 , 实 现更高层次的多项农业技术集成 , 起到多层次多方面农业专家的作用 , 实现低耗、 高产、 高效、 优质 , 是世界农业发展的新趋势 , 也是我国农业迈向 21 世纪的最佳选择。
目前农业信息化技术在农业中的应用已经从零散的点的应用发展到全面应用，信息的有效沟通和高效利用使得农业生产系统、农业管理系统、农业市场系统、农村生活系统等农业系统的运转更加有效、智慧，物联网技术的发展将真正促成智慧农业的诞生。农业的可持续发展、和谐农村、农业资源的有效利用和环
境保护，这些被不断提及和关注的问题会得到更优化的解决方法。我们的系统则具备如下特点：
(1)低成本：大量的控制器和传感器终端节点是大棚控制网络中控制的主要对象，这种较大规模的网络需要一个低成本的节点组网技术。
(2)跨平台：智能农业系统的使用环境是一个大棚环境，整个系统中有着错综复杂的平台，不能强制要求用户能够对系统进行复杂的配置和管理，网络环境下各种资源的自组织和协同工作显得非常重要。
(3)可扩展性：能够在系统主架构不做改动的情况下进行维护和扩展，加入新的的智能农业设备。
(4)远程控制：移动终端设备能够接入Internet 并登录到智能农业控制系统中，进行信息交互，实现远程监控和控制。
我们的目标是一方面总结国外发展经济，根据中国的国情找准自己的切入点，另 一方面切实做好有关基于Zigbee 无线技术的物联网应用与研究开发, 力求走出 适合中国国情的精确农业的发展道路。我们基于客户需求持续创新，在物联网传感器、物联网模块、移动物联网和云计算等几大领域都确定了行业领先地位。物体感知、数据传输等领域的综合优势在物联网Zigbee 技术的引领下，现代化的 精准农业采用了先进的温室大棚种植技术。可以在阳光不足的时候，通过物联产 品自动补充人造光线，促进光合作用；可以在湿度不够的时候，通过物联产品自 动为农作物补充水份；更可以创造一个恒温的空间，让农作物一年四季不停的生 长，生生不息„„总之一句话，您可以按照自己的要求随心所欲的控制阳光、空 气、雨露等等。
内置先进的温度感应器，物联无线温度湿度传感器可实时为您监测温室中的温度，通过无线Zigbee 技术，可与温室中的空调设备相连，当室内温度超过或低于系统设定范围时，可自动打开或关闭空调设备。
本系统任务提出者为沈阳师范大学软件学院王小薇老师。系统开发参与者有罗莎莎、宋丹、孙太峰、田柱、卢维维、秦帅、苏明阳、孙承宇、宁宝军、陶世伟。系统使用者是面向广大消费者。技术支持有：综合布线技术、Zigbee 通信技术、 安全防范技术、自动控制技术。
3.3 ZigBee用于智能农业大棚的可行性分析
大棚控制网络是整个智能大棚控制系统的神经和核心，对于大棚控制网络而言，必须满足如下要求：
(1)可靠性，大棚控制网络要求数据传输的可靠性不能因为干扰或者信道阻塞而下降，要保证大棚主节点与大棚设备节点之间安全、无差错的数据传输。ZigBee 的MAC 层采用talk-when ．ready 碰撞避免机制，这种方式大大提高了系统数据传输的可靠性。在talk-when ．ready 机制下，数据接收端收到每一个数据包之后都会进行确认并将确认信息返回给发送方，发送方若在规定的时间之内没有接收到返回信息，即证明发生了“碰撞”，数据将会再次重新传输，另外ZigBee 还提供了鉴权和数据校验功能。
(2)成本，在一个大棚中可能有几十甚至上百个设备节点，对于众多的节点来说，成本是相当可观的。目前，ZigBee 芯片的成本大约在4美元左右，对于大批量应用而言ZigBee 设备的成本可以做到2美元以下。随着半导体集成技术的发展，ZigBee 芯片的体积将会变得越来越小，价格也会降得更低。
(3)可扩展性，在大棚节点设备不会一成不变，而在实际应用中经常需要添加或者删减设备节点，当设备节点数目发生变动时，系统应当具备一定的机制扩充网络节点，而不需要改变网络的结构。ZigBee 网络中每个FFD 设备可连接多达255个节点，而几个FFD 之间则可形成一个更大的无线网络，ZigBee 网络对路由传输的数目则没有限制。
(4)安全性，大棚控制网络中的节点之间的信道不能被非法监听和修改，应该是可靠加密的。ZigBee 采用ASE ．128加密机制进行数据传输，并可以灵活确定其加密属性。ZigBee 联盟开发了ZigBee 的安全层，以保证在远距离的数据传输中节点不会意外泄漏其标识或者被其它节点获得15J 。
(5)信号覆盖率，大棚的范围在10～100米之间，且大棚之间有墙壁阻隔，各设备网络节点之间必须能够穿透墙壁在一定距离之间进行可靠通信。ZigBee 的有效覆盖范围可达100米左右，并且该频段对于墙壁有比较好的穿透性，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而改变，一般都能够覆盖短距离的范围。
3.4 系统特点及优势
（1）人性化设计
我们的物联智能农业系统还可通过设置，随时将温室中的温度情况发送到您的手机上，以便您及时了解，省去经常往大棚跑的麻烦。此外，物联无线温度湿度传感器采用无线控制技术，省去您的布线烦恼，让您的温室更添整洁清爽。
（2）营造作物生长必要舒适湿度环境
适宜的湿度环境也是作物生长的先决条件之一，我们也同样贴心为您考虑到了这一点。物联无线温度湿度传感器，通过监测平台，同步获取温室内空气的湿度系数，当湿度系数不在您的设定值范围内时，可自动控制通风设备等的运行，
使空气湿度控制在作物生长适宜的湿度范围内。同样的，只需一部手机在手，您就能随时随地的获取所有信息。
我们全力打造最前沿的Zigbee 技术产品，为您的作物生长提供最适宜的土壤环境。物联无线土壤温度湿度传感器，可持续监测土壤中的水分和温度，并及时将数据传输到监测平台或您的手机中。您可根据显示数据，设置是否打开或关闭温室中的灌溉系统及通风设备等。
（3）极强的适应能力
众所周知，土壤成分的多样化，其中不乏存在酸性物质等，物联无线土壤温度湿度传感器，外壳采用了高科技的耐腐蚀材料，适用于各类土壤水分的测量，性能温定，可靠性高，大大节省了您的维护时间。
（4）操作简单，方便快捷
无线控制技术，操作更为简单直观，让每一位使用者都能得心应手！
（5）物联无线光照传感器，作物的贴心管家
绿色植物进行光合作用总是依赖着阳光的存在，然而，吸取过多的阳光，在某些时候，对某些特定的作物来讲，却不一定都是百利无一害的。物联无线光照传感器，采用对弱光也有较高灵敏度的硅兰光伏探测器作为传感器，随时监测记录太阳光线的强度。
通过无线Zigbee 技术，物联无线光照传感器还可与相关的补光系统、遮阳系统等设备相连，在有需要时，自动打开相关设备，为您的作物生长打造完美的光照环境。
（6）巧妙设计，给您更多惊喜
科技的日异月新，我们的农业发展规模也越来越大，我们更加迫切需要的是，测量范围更宽阔的物联无线光照传感器。
外形线条流畅，还具备良好的防水能力，即使是刮风下雨也不会影响它的工作。无线技术控制，让您使用更方便，安装更简单！
（7）有效控制作物的光合作用
我们都知道，作物吸收二氧化碳进行光合作用，产生养分，进行新陈代谢。
然而，空气中过多的二氧化碳却反而会抑制作物的生长。如何随时监测空气中二氧化碳的浓度，确保给作物生长提供最佳的生长环境？
物联太阳能无线二氧化碳传感器的出现，最大程度上解决您的烦恼。我们拥有专利的烟雾收集器设计，运用先进的Zigbee 技术，当空气中的二氧化碳浓度超过系统设定阙值范围后，可自动打开与之相连的通风设备，也可增加对作物的光照，使之进行更多的光和作用，从而减少二氧化碳的浓度。
（8）绿色更环保，方便更耐用
利用太阳能供电，不会对周围环境产生任何影响，只为您创造更自然的“绿色农业”。外壳采用多重防护，不受外界高湿等环境影响，确保传感器可靠稳定工作。
（9）让您从繁杂的工作解放出来
管理庞大的农作物基地、温室大棚，总是会用到各种各样的现代化电器设备。当空气和土壤温湿度出现变化时，加热器、加湿器、鼓风机等便是至关重要的存在；当光照强度过高时，便是遮阳网一显身手的时候了„„如此之多的电器设备要一一通电后才能运行，可要在这面积广阔的农田、温室大棚放置冗长错乱的电源插座，不光耗费人力物力，更会成为您自由行走的重重障碍。
偌大的农作物基地，无需帮忙，一人搞定，您相信吗？
物联无线智能插座的出现，恰如其分地解决了您的燃眉之急！基于先进的Zigbee 技术，可支持无线终端设备与无线网络，从而达到无线智能控制插座开关的效果，具有稳定的无线控制功能。
还可以通过物联无线网关，连接到您的手机、电脑或其它任何移动设备上，如此一来，您只需一个按钮就能搞定所以难题，让您在收获的同时，享受到智能农业所带来的便捷与快乐！
（10）操作简便，让您尽享悠闲时光
您无需担心对物联无线智能插座的操控问题，我们按您的实际需要设定好内在程序，您只需将其接通电源，按下识别按钮，就可加入网络进行控制。先进的无线技术，免除您的布线烦恼，让您不必再为杂乱无章的电源插座线头疼，为您倾心打造智能农业时代！
农作物的灌溉历来是农业劳作的重头戏。物联无线电磁阀，使在没有标准电源情况下灌溉系统的自动化成为可能！可根据作物需水量要求, 设置不同的灌溉程序，为您节省宝贵时间！
（11）智能化设计
物联无线电磁阀，采用全新的双密封电池盒，有着优异的防水性能，可在水下3.5米处正常运行，所以您完全不必担心它会不适应阀门箱内的恶劣环境。 内部先进的智能系统，能满足需水量不同的各种作物的灌溉需求。而且，所有安装部件均在地下，有效的减少了人为损坏的可能，为您节省能耗！
基于先进的Zigbee 技术，物联无线电磁阀可与您的监控平台实现无线通讯，还可与您的手机联网，让操作更为简单！
（12）为您打造绿色农业
物联无线电磁阀的电池寿命足以满足整个灌溉季节的需要，每年只需更换一次电池，节能更环保！
（13）总指挥官
智能化的农业管理体系，所有的操作指令总是少不了它的“大脑”——通信控制中心设备，也就是我们的物联无线网关。
它是将Zigbee 无线网络信号和互联网网络相互连接的桥接设备，实现Zigbee 网络设备与互联网网络设备之间的监测与控制。有了它，您可以随时随地在互联网上浏览您的温室大棚最新情况，并且还可以进行远程操控！
（14）简洁直观，方便操控
物联无线网关，基于先进的Zigbee 网络技术，成本低廉，是一般人都能负担的价格；控制更简单，让每一位刚接触的人都能轻松使用；功耗更低、组网更方便、网络更健壮，给您带来高科技的全新感受！
（15）让您的网络更灵活
您的温室大棚规模越大，在使用智能农业系统中，要准确及时地操控所有设备，最值得关注的应该就是网络信号的稳定性。
鉴于温室大棚的网络覆盖区域比较广泛，我们贴心为您呈现物联无线中继器！它能有效连接物联Internet 通信网关和超出物联Internet 通信网关有效控制区域的其它Zigbee 网络设备，实现中继组网，扩大覆盖区域，并传输网关的控制命令到相关网络设备，达到预期传输和控制的效果。
基于先进的Zigbee 技术，物联无线中继器无需接入网线，就可自行中继组网，扩散网络信号，让您的网络灵活顺畅运行，保障您的所有设备正常运行。
四、系统功能描述
4.1 数据采集
温室内温度、湿度、光照度、土壤含水量等数据通过有线或无线网络传递给数据处理系统，如果传感器上报的参数超标，系统出现阈值告警，并可以自动控制相关设备进行智能调节。
4.1.1 温度、湿度检测流程图
温湿度控制系统流程图如下图所示
数据采集部分数据流程图：
客户端数据部分数据流程图：
4.2 视频监控
用户随时随地通过3G 手机或电脑可以观看到温室内的实际影像，对农作物生长进程进行远程监控。
4.3 数据存储
系统可对历史数据进行存储，形成知识库，以备随时进行处 理和查询。
4.4 数据分析
系统将采集到的数值通过直观的形式向用户展示时间分布状况（折线图）和空间分布状况（场图），提供日报、月报等历史报表。
4.5 远程控制
用户在任何时间、任何地点通过任意能上网终端，均可实现对温室内各种设备进行远程控制。
4.6 错误报警
系统允许用户制定自定义的数据范围，超出范围的错误情况会在系统中进行标注，以达到报警的目的。
4.7 统一认证
系统实现统一认证、集中管理控制，包括用户管理、设备管理、认证管理、权限管理等功能。
4.8 手机监控
3G 手机可以实现与电脑终端同样的功能，实时查看各种由传感器传来的数据，并能调节温室内喷淋、卷帘、风机等各种设备。
五、智能农业体系结构图
5.1 系统总体结构设计
智能农业控制系统是以ZigBee 技术为基础综台Intnet 络通信技术、GPRS 无线通信建立起来的一套完整的农业控制系统。设训目的是将农业中的设各连接到网络之中，使传统农业设各具有网络化、自动化、智能化的新特征。本系统需要在农业设备之上安装与之功能相对应的节点模块，这些节点模块包括了传感器、执行器和通信模块。
从功能层次来分，智能农业系统一般由农业设备节点、主节点、网关、终端控制。从网络层次上分为外部网络和内部网络两部分，分
别对应Intemet 网和ZigBee 网络。
设备节点：
包括以下三部分部件：射频收发模块、运算和控制单元、传感和执行模块。射频收发模块作为系统中各网络节点的通信接口，进行网络中各节点设备的网络 无线连接和无线数据或指令的收发。节点终端的传感和执行模块，主要进行情况的探测、三表数据的采集、对各种网络农场电的控制。这种控制或者检测功能需要通过运算和控制单元操作完成。在本系统中农业设备节点的硬件核心为基于CC2430的ZigBee 无线收发模块。
在农业子网中网络协调器FFD 设备充当农业主节点，FFD 负责监督网络的正常
运行，由它主导ZigBee 无线传感器网络的建立，完成网络的初始化、设备控制、数据采集等功能。子网中精简功能设备充当农业设备节点，主要完成传感采集、查询响应等功能，农业设备节点相互之间不能进行通信，只能与农业主节点进行通信。农业主节点与农业网关之间使用串口连接，可将数据上传到农业网关中。 农业网关是智能农业控制系统的核心部分，主要完成农业内部网络各种设备之间的信息交换和信息共享，以及同外部通信网络之间的数据交换功能，同时网关一般还负责农业农业设备的管理和控制。
外部网络：
智能农业系统提供高速Internet 接入和GPRS 无线广域网接口，使得用
户可以通过无线通信网络远程登录到农业网关智能农业管理系统，对系统进行管理和控制，终端节点进行数据访问或者控制。
系统总体流程图：
系统整体数据流图：
数据流程描述：
各个节点模块将各自采集的信息经过处理之后通过农业控制子网传输到农业控制中心，农业控制中心将信息上传到农业网关，农业网关响应用户远程提交
的查询指令通过Intemet 将结果反馈到用户手中的移动终端之上。用户的控制指令按照相同的路径传输给节点模块执行设定操作。
5.2 分系统模块功能实现描述
5.2.1 智能农业远程控制网络
选用TCP 协议，即传输控制协议作为网络通讯协议。TCP 协议是面向连接的协议，即进行网络传输时有一个连接的建立、维护和拆除的过程。在开始数据传输前发送方必须先与接收方建立连接，确认连接建立后再行数据的传输；在数据传输过程中保持已建立的连接；数据传输完成后双方再断开连接，这样就完成了一次完整的数据传输过程。在网络通信中通常使用Socket(套接字) 来实现数据的传输。
手机等移动端：
数据连接功能连接到当地的GPRS 业务节点，然后通过GPRS 网关接入Internet ，实现与农业网关的无线通信。
5.2.2 农业网关
农业内部网络采用的是基于ZigBee 技术的轻量级的网络协议，要实现它与Intemet 等外部TCP ／IP 网络之间的互联，必须有一个用来完成协议转换的设备或功能部件，作为这两种网络连接的桥梁，在本文设计的系统中这个桥梁便是农业网关。农业网关是一个为用户提供各种农业控制服务的平台。农业网关对外可以提供各种远程智能控制接VI ，操作者可以通过手机移动终端连接到Internet 访问农业网关的相关接口，对农场中的农业设备节点进行数据访问或者控制。它的内容主要包括：同志管理、数据交互、人机界面和对内通信。本系统的农业网关利用6410或者PC ，因为PC 功能强大，支持多种设备接口，包括了操作系统和应用软件、网络支持等，能很方便的实现控制和网关功能，还可以根据实际需要定制软硬件和接口，使它的功能、可靠性和成本等各方面更适应智能农业系统的要求。相对PC 来说，嵌入式不仅包括软件开发，还要完成大量的硬件开发和调试工作，
将会增加项目难度，并且降低系统的灵活性。来承担，农业网关和农业主节点之间使用串口连接。
5.2.3 农业主节点
是农业控制网络的主控设备，要求必须由至少一个ZigBee 网络的FFD 设备组成，一方面它主导农业内部网络建立的整个过程，主要包括系统初始化、网络的建立、地址的分配和成员的加入、节点设备数据的更新、数据转发表、设备关联表等几个方面，另一方面作为农业网关和设备节点之间的桥梁，完成农业网关和农业设备节点的通信。农业主节点作为协调器，处于ZigBee 网络的最上层，功能较为复杂，因此智能农业系统对农业主节点的硬件配置也有较高的要求。系统上电后，农业主节点首先选择一个空闲信道，采集活动节点信息，并为之分配一个唯一的节点号，完成系统地址表的初始化。系统运行过程中，农业主节点要与众多设备节点进行通信，并对它们进行相应的控制。除此之外，农业主节点必须能发现网络拓扑结构的改变，如设备节点的插入和拆除，修改和维护网络地址表的信息，实现网络的自组织功能。利用CC2430芯片中心节点的射频天线单元用来接收和发送电磁波信号，LCD 显示模块用来显示网络状况、显示接收到的数据与指令信息，同时可配合按键模块，进行菜单界面的显示。
5.2.4 农业设备节点
是智能设备节点的底层终端主要包括三表计量节点、环境温度湿度监测和控
制节点、报警信号采集节点、农场电控制节点、灯光控制节点等。。设备节点单元主要包含射频收发块和传感器或受控终端以及两者之间的接口控制模块。射频收发模块作为系统中各网络节点的通信接口，进行网络中各节点设备的无线连接和无线数据或指令的收发。系统的终端传感或受控单元，主要进行环境中温度、湿度等各种数据的采集、非法闯入、火灾或有毒气体等意外灾难情况的探测以及对各种农场电设备的控制。
5.3 主体硬件选型
5.3.1 ZigBee硬件选型
在介绍整个系统硬件设计之前，先介绍目前市场上的几款基于ZigBee 技术的硬件平台及其各自特点。在ZigBee 技术联盟中，Ti ，Chipcon ，FreeScale ，Philips 等公司都是ZigBee 标准制订的先驱。在射频收发芯片方面，主要有Chipcon 公司的CC2420[1。71，CC2430[181和FreeScale 公司的MCl3192，MCl3193所提供的两大解决方案。另外，还有Jennie 和HelicoIll 等公司开发的符合ZigBee 规范的芯片和模块。
(1)Chipcon公司(目前已被TI 公司收购) 推出的CC2420，它是一款符合IEEE802．15．4规范的2．4GHz 射频芯片，用来开发工业无线传感及农业组网等PAN 网络的ZigBee 各种产品。同时，Chipcon 公司还推出了一款专门针对ZigBee 技术的SoC 芯片CC2430，它包含一个5l 内核单片机与CC2420射频芯片。它基于0．18um CMOS工艺制成，只需极少外部元器件，且性能稳定且功耗极低。另外，TI 公司还提供免费的ZigBee 协议栈z ．stack 以及配套的开发工具，方便用户在短期内开发适合于ZigBee 的应用方案。
(2)飞思卡尔ZigBee ．Ready 芯片MCl3192，MCl3192是一款适用于ZigBee 产品的
RF 器件。MCl3192只需极少外部元器件，性能稳定、功耗极低，MCl3192的选择性和敏感性指数超过了IEEE 802．15．4标准的要求，可确保短距离通信的有效性和可靠性。可以灵活的嵌入到既有的产品中，轻而易举实现无线感测和监控网络的功能。
(3)英国Jennie 公司的JN5121芯片是业界第一款兼容于IEEE 802．15．4的低功耗，
低成本无线微型控制器。该模块内置一款32位的RISC 处理器，配置有2．4GHz
频段的IEEE802．15．4标准的无线收发器，为无线传感器网络应用提供了多种多样的解决方案，同时高度集成化的设计简化了总的系统成本。JN5121内置的硬件MAC 地址和高度安全的AES 加密算法加速器减小了系统的功耗和处理器的负载。JN5121支持晶振休眠和系统节能功能，同时提供了对于大量的模拟和数字外设的互操作支持，让用户可以方便的连接到自己的外部应用系统。
(4)美国赫立讯Helicomm 公司的ZigBee 无线收发模块IP —Linkl270，IP ．1inkl270是集成了射频收发器，微控制器，数字和模拟I ／O ，多点多拓扑网络层功能于一体的半双工无线通讯系列模块。IP ．Linkl270系列模块内嵌的ZigBee V1．0网络通讯协议。以上的硬件平台都适用于ZigBee 应用的开发。
基于系统的集成度等方面进行综合考虑来选择硬件平台方案。CC2430卓越的性能也是本系统硬件选择的重要因素
CC2430芯片的性能如下：
·较宽的电压范围(2．0"--3．6 v)；
· 高性能和低功耗的51微控制器核；
· 在休眠模式时仅0．9衅的流耗，在待机模式时少于0．6“A 的流耗；在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27 mA 和25 IliA ；
·集成符合IEEE 802．15．4标准的2．4 GHz 的无线电收发机；
·优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性；
·硬件支持CSM 刖CA 功能；
·数字化的RSSFLQl 支持和强大的DMA 功能；
·具有128 KB可编程Flash 和8 KB 的I 乙蝴；
·外部的中断或RTC 能唤醒系统；
·具有电池监测和温度感测功能：
·集成了14位模数转换的ADC ；
·集成AES 安全协处理器；
·带有2个强大的支持几组协议的USART ，以及1个符合IEEE 802．15．4规范的MAC 计时器，1个常规的16位计时器和2个8位计时器；
·兼容RollS 的7x7ram QLP48封装；
·强大和灵活的开发工具。
5.3.2 数据采集部分设计
物理信号的采集需要先经过传感器模块信号转换，将物理信息转化成电信号，然后再经过信号调理部分的去噪、滤波、放大、量化后才能被微控制器精确处理。目前，市场上传感器模块种类繁多，不同厂农场生产的传感器模块的规格与集成度也各不相同。根据传感器输出的信号类型，传感器可以分为：开关信号输出型，模拟信号(电压、电流) 输出型，数字输出型。
通常报警传感器输出的是开关型信号，当检测量超过某个阈值时，传感器输出一个开关信号触发报警。模拟型输出信号包括模拟电流和模拟电压，模拟电流首先经过电湔电压变换到模拟电压后，再将模拟电压经过A ／D 变换数字化后被微处理器进行处理。
数字型传感器集成了信号采集与调理以及A ／D 数字化环节，并将转换后的数值在总线(如，12C ，SPI) 上发送出去等设计人员只需要将其与微控制器的I ／O 引脚相连就可以实现采集数据的读取，操作非常方便。本文主要实现智能农业系统中的环境监测，主要监测对象为：温湿度，亮度，一氧化碳气体，火灾，非法入侵。针对不同的对象，传感器节点采用不同的传感器模块进行采集物理信息。根据传感器的类型，本文针对以上三种类型的传感器设计了应用电路，实现信的采集。
（1）温湿度传感器节点
本节点主要采用瑞士Sensirion 公司生产的具有12C 总线接口的单片全校准数字式相对湿度和温度传感器SHTll[231。该传感器采用独特的CMOS 一技术，具有数字式输出、免调试、免标定、免外围电路及全互换的特点。该传感器可以同时测量相对湿度和温度；精确露点测量；超快响应时间(小于4s) ；超小尺寸(7．5X5X2．5 nun)；可完全浸没水中：
（2）亮度传感器节点
本节点主要采用安捷伦科技公司的模拟输出型环境亮度传感器APDS ．9002光传感器。它采用微型ChipLED 无铅表面封装，它是业内体积最小的器件之一，产品尺寸仅为2．00 mm×1．25 mmX 0．80 him。其紧凑的封装缩小了电路板空间，从而可以实现外形更薄、功能更丰富的产品。另外，它可以在2．4V~5．5V 扩展电压范围内工作，其工作温度范围也扩大至--40℃到+85℃。在工作电压为3V ，环境温度为25℃，负载为1K 欧姆时的线性范围可达到1000LUX ，如图4．17所示。一般情况下，室内照度可根据天气情况而有所不同，其照度一般在【1，500]范围内。因此，APDsf9002光传感器的工作特性完全符合应用需求。
（3）亮度传感器节点
本节点主要采用安捷伦科技公司的模拟输出型环境亮度传感器APDS ．9002光传感器。它采用微型ChipLED 无铅表面封装，它是业内体积最小的器件之一，产品尺寸仅为2．00 mm×1．25 mmX 0．80 him。其紧凑的封装缩小了电路板空间，从而可以实现外形更薄、功能更丰富的产品。另外，它可以在2．4V~5．5V 扩展电压范围内工作，其工作温度范围也扩大至--40℃到+85℃。在工作电压为3V ，环境温度为25℃，负载为1K 欧姆时的线性范围可达到1000LUX ，如图4．17所示。一般情况下，室内照度可根据天气情况而有所不同，其照度一般在【1，500]范围内。因此，APDsf9002光传感器的工作特性完全符合应用需求。
（4）二氧化碳传感器节点
（5）流量传感器节点
六、风险性分析
6.1 经济风险性
6.1.1中国整体大环境经济 在过去30年中，我国农业生产实现高速增长；当前，我国农业改革发展的任务更加艰巨，环境更为复杂, 风险日益突出, 决策极具挑战，迫切需要提高我国农业和主要农产品安全保障能力。在前不久召开的“全国农业信息分析学术研讨会”上，来自全国的农业信息分析研究的科研人员探讨了信息技术手段下的农业信息分析方法，分析了农业信息智能化研究的案例，交流了相关的新进展和新技术。在会上，中国农科院农业信息所所长、中国农学会科技情报分会理事长许世卫研究员对记者说，应用智能技术对产量风险因素进行早期发现、早期预警、早期干预，有利于减缓农业生产波动；有利于提升农产品供给能力；有利于及时掌控农产品的安全态势。
有资料显示，我国的信息学者利用数据挖掘、遥感监测等技术，及时、准确地获取了气象灾害信息、病虫害信息、土壤退化信息、环境污染信息、产量信息等农业生产信息。许世卫研究员认为，运用智能技术，可以分析生产风险因子历史和空间数据，进行农业产量的早期判断；运用模拟仿真技术，综合分析影响农业生产的社会因素、经济变化、气象环境、国际贸易等诸多因素，可以适时指导农业生产和宏观决策，减少因水灾、旱灾、冰雹、台风、病虫害等造成的产量风险，实现农业生产风险的早期判断，保障国家的食物安全维持在更高水平上。农业部的“农作物遥感监测系统”，通过采用遥感和地理信息系统手段，及时、动态地监测农作物生长状况，解决了依赖实地调查、手工记录、数据上报等传统信息获取方式的不足。
6.1.2国际经济风险
分析2013年世界范围内智能农业市场发展状况、智能农业行业特点和智能农业市场需求。先不谈市场状况如何，单是先前几大国际巨头的行动就已经让我们预先看到了2013年智能农业行业稳定的发展前景。
先来看一组数据：美国农业部最近的调查报告指出，由于国内智慧农业发展迅速，正在为推动美国农业出口创造更大的盈余。前年发布的美国2010年贸
易数据证实了美国在农作物种植方面的杰出才能。虽然从总体上看，美国2010年商品和服务贸易逆差进一步扩大，再次下滑近5000亿美元，但农业出口同比增长了几乎1/3，创造了近400亿美元的贸易盈余。在2010年，美国农业出口额为1158亿美元，创历史新高。
美国农业部长汤姆·维尔萨克表示：“如今的数据显示，全球对美国食品和农产品的需求正在飙升。”他指出，智慧农业每年可为美国农民节约数百万美元，并避免了使用不必要的化肥和杀虫剂，从而显著降低了规模化农业对环境的冲击。去年美国农业出口打破纪录，比2008年创造的上个纪录1148亿美元多出了近10亿美元。
6.1.3中国智能家居产业行业重点区域运行分析 智能农业作为一个新兴蓝海项目，前景不可估量。但纵观智能农业进入中国十年历程中，不难发现它仍然是一个新的市场，各种各样的问题在某种程度上制约着市场的发展。目前为止，智能农业生产厂家与装有智能家居的建筑主要集中在深圳、广州、北京、上海等发达地区，其他地区则零零星星。
在现代信息技术应用日趋广泛的今天，卫星正在帮助许多国家的农场主从事低污染而又高效益的农业耕作。例如，由英国梅西-弗格森公司研制出全球定位系统测绘系统，可用于一家耕地面积为1000公顷的农场，该农场种植小麦、葡萄、豌豆、马铃薯、大豆和向日葵。
产量和位置两套数据储存进机载计算机中，并加以标准化。随后将这种信息转存至一张小巧的像厚信用卡一样的小存储芯片上，再将其放入农场的计算机中，从而得出差别所带来的产量波动。
目前，卫星定位系统和电脑结合的技术设备，在美国、欧洲和日本已广泛用于拖拉机、播种机和收割机上。比如，将卫星定位系统接收器与电脑显示屏安装在拖拉机上和播种机上，农场主形容开这些农机就像开飞机一样，按照提前设定好的耕作路线图，走得不偏不斜，夜间照样可以均匀地精耕细作。把这些技术设备用在收割机上，收割机在收割行进时，驾驶舱里的显示屏就会准确显示出每块地的庄稼产量和重量。卫星和信息技术还可以准确地监测到每块地庄稼的病虫害以及肥料、水分等庄稼营养成分的现状。
在现代信息技术的支持下，智慧农业得以大放光彩：根据土壤的状况使肥力的效果得到改善；根据病虫害的情况来调节农药喷洒量；不再耕种那些土壤已经板结的土地，也就是说放弃那些耕种时间过长的土地；自动调节拖拉机的耕种深
度„„在卫星的密切监视下，加上拖拉机的电脑上已经记录了机器的作业情况以及取得的成果，这样农场主就可以以最“科学”的方式来管理自己的“电脑农场”。
6.1.4区域经济侧重风险 我国是世界上的农业大国，但又是耕地严重不足的国家，目前我国人均耕地面积排名世界第126位，仅占有世界人均耕地面积的40%。因此，发展智慧农业具有长远和现实意义。
我国幅员辽阔，农业自然条件复杂，农业机械化综合水平较低，在农业生产领域，电子、计算机和信息等技术的应用还较少，因此全面推广智慧农业尚有一定困难，但可以在规模化和机械化程度较高的地区，如新疆、黑龙江等地区的大型农场率先开展智慧农业技术应用。对于经济发达、城市化程度高的地方，要建立合理的土地流转机制，引导农户发展适度规模经营，进行智慧农业试验，逐步推广智慧农业技术。此外，应广泛建立适合于家庭联产承包分散经营的智慧农业技术体系，以提高农业生产效益。
尤其要提及的是，我国西部地广人稀，有较好的规模经营基础，从自然条件来说，比较适于开展智慧农业；西部地区占主导的是第一产业，第三产业并未得到充分发展，但如果发展基于知识之上的新技术，西部的产业结构可以得到进一步优化；另外西北地区现阶段水资源开发利用方式不合理，管理落后，灌溉方式不当引起土壤沙化、草场退化和土地次生盐碱化，目前全国水土流失面积约80%发生在西部，每年新增的荒漠化土地也大多分布在西部地区。智慧农业系统中在自动监测控制条件下的精准灌溉工程技术，如喷灌、滴灌、微灌和渗灌等，可大大节约西部水资源利用率。
作为长远策略，我国可以县或乡为单位，研究建立区域性土壤养分信息系统，分区指导当地的养分管理和肥料合理施用，逐步建立起适合小规模分散经营体制下的智慧农业信息化管理模式。
面对我国农业发展相对落后的现状和国际市场的挑战，我国应不失时机地大力发展智慧农业，使之成为我国农业普及现代信息技术、实现农业现代化的突破口。长期以来的实践证实, 现代农业离不开现代信息技术，后者打造的智慧农业无疑将改造世界农业，并孕育世界农业未来的新希望。
6.2 智能家居行业政策风险
6.2.1分析智能家居宏观产业政策
密切关注国内行业主管部门及监管体制的最新政策，分析项目选择的背景、投资的政策风险性、投资理由及项目开展的支撑性条件等等。国家政策主要扶持的七大战略性新兴产业，新一代信息技术位列其中。新一代信息技术被分为六个方面，分别是下一代通信网络、物联网、三网融合、新型平板显示、高性能集成电路和以云计算为代表的高端软件。当前，国家对新一代信息技术的推动，无疑给智能农业行业送来了暖风。网络通信技术是智能农业集成中关键的技术之一。信号传输方式的改进、传输速度的加快、安全水平的提升都会给系统整体性能带来积极改变。 国家对新一代信息技术的支持，还对信息技术普及开来起到了非常好的宣传作用，将使人们更容易接纳信息技术产品融入农业生产之中。目前，大部分新型农业的农民朋友们已经离不开智能光照控制、中央控制系统、智能温度系统等基本的智能农业设备。
6.2.2 避环保政策风险
在项目建设中，必须贯彻执行国家有关环境保护、能源节约和职业安全卫生方面的法规、法律，对项目可能对环境造成的近期和远期影响，对影响劳动者健康和安全的因素，都要在可行性研究阶段进行分析，提出防治措施，并对其进行评价，推荐技术可行、经济，且布局合理，对环境的有害影响较小的最佳方案。按照国家现行规定，凡从事对环境有影响的建设项目都必须执行环境影响报告书的审批制度，同时，在可行性研究报告中，对环境保护和劳动安全要有专门论述。
6.2.3 规避节能政策风险
按照国家发改委的规定，节能需要单独列一章。按照国家发改委的相关规定，在不超过一定耗能标准的情况下，项目立项不必取得节能审查批准意见，但是对建设规模超过发改委规定要求的项目，《节能专篇》如同《环境评价报告》一样，是项目建设前置审核的必须环节。
6.2.4 规避区域政策风险
我国非常中国智能农业领域的发展，国家和地方在最近几年有关该领域的政策力度明显加强，突出表现在如下几个方面：稳定国内外市场、提高自主创新能、加快实施技术改造、淘汰落后产能、优化区域布局、完善服务体系、加快自主品牌建设、提升企业竞争实力。
6.3 项目开发风险
6.3.1项目选择风险
在对建设项目进行评价时，所采用的数据多数来自预测和估算。由于资料和信息的有限性，将来的实际情况可能与此有出入，这对项目投资决策会带来风险。为避免或尽可能减少风险，就要分析不确定性因素对项目经济评价指标的影响，以确定项目的可靠性，这就是不确定性分析。
根据分析内容和侧重面不同，不确定性分析可分为盈亏平衡分析、敏感性分析和概率分析。在可行性研究中，一般要进行的盈亏平衡平分析、敏感性分配和概率分析，可视项目情况而定。
6.3.2 方案设计风险
(1)项目技术先进性问题
项目开发本着高起点、高标准的准则，拟吸收掌握先进技术的人才，引进先进生产管理经验，保证高效研发、技术先进、成果质量领先。
(2)研发小组成员所掌握的技术手段是否能够满足功能分析中的各项要求：
智能农业的功能需要对项目开发过程中的使用的各种技术进行评估。项目开发技术通常是这样：最成熟的技术，往往不能体现最好的功能需能；先进的技术，往往人员对其熟悉程度不够，对其中隐含的缺陷不够明了。因此，在制定项目开发计划和定义功能需求时必须考虑这些因素，并做出合理的权衡决策。
6.3.3 方案经济风险
农业物联网是未来农业观念直接表现形式，在建设项目的技术路线确定以后，必须对不同的方案进行财务、经济效益评价，判断项目在经济上是否可行，并比选出优秀方案。本部分的评价结论是建议方案取舍的主要依据之一，也是对建设项目进行投资决策的重要依据。农业物联网就是物联网技术在农业生产经营管理中的具体应用，通过操作终端及传感器采集各类农业数据，通过无线传感器网、移动通信无线网、有线网等实现信息传输，通过作业终端实现农业生产过程全监控与管理。“农业物联网”既能改变粗放的农业经营管理方式，也能提高农作物疫情疫病防控能力，确保农产品质量安全，引领现代农业发展。
6.3.4 组织实验风险
(1)设计方案超期问题
设计智能农业系统，工期常常是制约系统质量的主要因素。很多情况下，研发部门在工期的压力下，放弃文档的书写，组织，结果在工程的晚期，大量需
要文档进行协调的工作时，致使开发进度越来越慢。智能农业是一个整体的系统方案，在不同技术方面，不同的的工程阶段，需要的人员不同，需要配合的方面也不同，所有这些都需要行之有效的软件管理的保证。
(2)相关设备供应及使用问题
项目相关设备目前在市场上供应充足，可以实现就近采购。项目本着生产优质产品、创造一流品牌的理念，对相关设备进行严格把关，对设备供应商进行优选，保证生产顺利进行。
(3)如何实现标准化管理
组织标准化将每个成员的职责及工作调配加以标准化，使组织的运作在成员各司其职、分工协作下发挥团队的力量。物料标准化以减少资源浪费便于管理。作业标准化制定各项工作流程与注意事项。管理标准化建立各项管理指标，并以此作为评价实际作业的依据，了解实际运作的水平，并进行调整和控制。
(4)如何实现精耕细作管理
“精耕细作”在一定面积的土地上，投入较多的生产资料和劳动，采用先进的技术，进行细致的土地耕作，以提高单位面积产量。
(5)如何管理设施农业
设施农业是利用人工建造的设施，使传统农业逐步摆脱自然的束缚，走向现代工厂化农业生产的必由之路，同时也是农产品打破传统农业的季节性，实现农产品的反季节上市，进一步满足多元化、多层次消费需求的有效方法。设施农业在农林牧副渔业所占比重标志着农业的进化程度，是农业产业升级的重要标志。
(6)健康种植问题
采用科学的种植方法与管理，实现健康种植，提高农作物的品质与产量，为企业带来经济增加与效益。技术实现方面，大唐移动通过采用各传感器、视频设备、GIS 地理信息技术、GPS 定位技术、二维码技术、并建设一个智能分析模型，实现农业生产过程信息化管理平台，实现在互联网及桌面电脑、智能手机等终端上进行系统访问与管理各个设备。
6.4 行业市场风险
6.4.1 产品市场需求风险
市场风险分析在风险分析研究中的重要地位在于，任何一个项目，其生产
规模的确定、技术的选择、投资估算甚至厂址的选择，都必须在对市场需求情况有了充分了解以后才能决定。而且市场分析的结果，还可以决定产品的价格、销售收入，最终影响到项目的盈利性和可行性。在可行性研究报告中，要详细研究当前市场现状，以此作为后期决策的依据。因此，智能家居项目产品市场调查包括以下项目调研，调研结果项目评估小组进行慎重考虑。
在现代信息技术应用日趋广泛的今天，卫星正在帮助许多国家的农场主从事低污染而又高效益的农业耕作。例如，由英国梅西-弗格森公司研制出全球定位系统测绘系统，可用于一家耕地面积为1000公顷的农场，该农场种植小麦、葡萄、豌豆、马铃薯、大豆和向日葵。产量和位置两套数据储存进机载计算机中，并加以标准化。随后将这种信息转存至一张小巧的像厚信用卡一样的小存储芯片上，再将其放入农场的计算机中，从而得出差别所带来的产量波动。
目前，卫星定位系统和电脑结合的技术设备，在美国、欧洲和日本已广泛用于拖拉机、播种机和收割机上。比如，将卫星定位系统接收器与电脑显示屏安装在拖拉机上和播种机上，农场主形容开这些农机就像开飞机一样，按照提前设定好的耕作路线图，走得不偏不斜，夜间照样可以均匀地精耕细作。把这些技术设备用在收割机上，收割机在收割行进时，驾驶舱里的显示屏就会准确显示出每块地的庄稼产量和重量。卫星和信息技术还可以准确地监测到每块地庄稼的病虫害以及肥料、水分等庄稼营养成分的现状。
在现代信息技术的支持下，智慧农业得以大放光彩：根据土壤的状况使肥力的效果得到改善；根据病虫害的情况来调节农药喷洒量；不再耕种那些土壤已经板结的土地，也就是说放弃那些耕种时间过长的土地；自动调节拖拉机的耕种深度„„在卫星的密切监视下，加上拖拉机的电脑上已经记录了机器的作业情况以及取得的成果，这样农场主就可以以最“科学”的方式来管理自己的“电脑农场”。
6.4.2 智能家居项目产品市场前景预测
市场预测是市场调查在时间上和空间上的延续，是利用市场调查所得到的信息资料，根据市场信息资料分析报告的结论，对本项目产品未来市场需求量及相关因素所进行的定量与定性的判断与分析。在可行性研究工作中，市场预测的结论是制订产品方案，确定项目建设规模所必须的依据。必须有专门市场前景预测研究小组对一下项目进行预测。
在许多国家，发展智慧农业已成为一种共识，可以使土地得到充分的科学利用，合理密植；可以节省时间和资源，提高工作效率，减少人力、财力不必要
的浪费，最大限度地降低成本。比如，通过对庄稼肥力、水分的检测，可以科学合理地施肥和浇水。据统计，使用智慧农业技术，每季度庄稼可以节省30%的水。不仅各种资源和成本大大降低，更重要的是能大大提高作物的产量。
目前智慧农业技术在美国中西部地区和西欧应用得最为广泛，主要用于甜菜、玉米和大豆等作物的种植。大部分的智慧农业技术需要依靠各种全球定位系统装置和可以将天气模式、土壤性质和虫害控制等方面的信息在地图上用一个点表示出来的软件。农场主们可以利用这些信息来进行指挥，根据种植区的每个部分需要多少肥料和杀虫剂来调整可变速率喷洒器的施用量。
使用了智慧农业技术的农场主认为，这种种植方法给他们提供了一些新的方式来分析他们对土地的投入和他们从土地中获得的回报之间的关系，并且使他们可以在成本不变的情况下管理更多的土地。但长期以来智慧农业技术的推广应用一直进展得相当缓慢，这主要是因为有关设备和服务的成本太高，小型农场是无法负担这笔费用的，还有一个原因是智慧农业技术带来的好处并不总是十分明确。 大多数购买精确种植技术的农业生产者都承认，如果想在激烈的竞争中取得胜利，智慧农业技术的各个组成部分都是必不可少的。设在罗切斯特的阿格里林克食品合作组织的副主席托马斯·费瑟说：“对智慧农业技术有抵触情绪的人将无法在竞争中生存下来。”
亚拉巴马州奥本大学工程与生物系统学教授约翰·富尔顿指出：“使用更先进的智慧农业工具能够节约更多的费用，约为每英亩15美元。“使用指导系统和智慧农业基本技术可每英亩节约2至8美元不等。”研究显示，精细耕作技术可以将杀虫剂和化肥的使用量减少10%或更多，而不会影响农作物的产量。而且，这些技术还在不断发展。比如，亚利桑那州研究人员正在使用全球动态实时定位系统（一种精细度高达次英寸级别的GPS 系统），以通过耕耘机来控制棉花地的种子。更为重要的是，这种做法比现今所有杀虫剂都更加有效和节约成本。
6.4.3 至今为止市场容量分析
2007-2011年，我国建筑业新开工面积年均增速在11.78%左右，前瞻以此增速来推算2013-2018年我国建筑业新开工面积；2012年，我国智能建筑系统的平均造价在67.24元/平方米左右，前瞻在此暂不考虑未来智能建筑规模化效应带来的单价下降以及通货膨胀因素，以此单价来推算2013-2018年的智能建筑行业市场规模。通过推算可以发现，2013-2018年我国智能建筑行业市场规模年均增速保持在20%以上；到2018年，我国智能建筑市场规模将高达3331亿元左
右。
从狭义的智能家居设备应用来看，主要集中在商品住宅市场，其中别墅及高档公寓的应用比例处于较高的水平。2004-2012年，我国的居住建筑面积呈逐年增长趋势，年均增长速度稳定在4%左右。据国家住房与城乡建设部的数据测算，截至2012年底，我国居住建筑面积超过334.50亿平方米。
我国的居住建筑面积在2003年减少了7.53亿平方米，2003年之后除2007年外，每年新增的居住建筑面积比较稳定。2007年，我国新增居住建筑面积28.42亿平方米，为进入二十一世纪后的最大值。我国近四年来的居住建筑面积保持平均年增长11亿平方米左右的稳定趋势。
6.4.4 价格风险
整个智能农业系统市场价格范围较广。价格由1000~100000元不等, 避免被拖入价格低谷，我们研发部门建议价格是根据用户选择的户型和功能模块收费。
智能家居销售价格正在悄悄“亲民”，主要原因在于引进了ZigBee 为代表的无线物联网技术，克服了钻墙布线，工期短，工人工资成本低，规模化生产平摊生产成本，使得无线智能农业价格一路走低。
6.5 参考文献
中国农业新闻网-----------------------用信息智能分析提高农业安全保障能力 中国政务信息网-------------------------------------------美国:打造智慧农业