傳統農業的澆水、施肥、打農藥等，農民完全憑經驗、靠感覺，而今，越來越多的農業生產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、二氧化碳如何進行有效監控及管理？一系列作物在不同生長周期曾被“模糊”處理的問題，都有信息化智能監控系統實時定量“精確”把關，農民只需要一個手機一個按鈕，就能在無人化管理的過程中種好蔬果。

　　在這種趨勢下，越來越多的農業開始智能化，從智能管理到遠程灌溉，科學化的生長環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濟效益。

那么這一切，究竟是如何實現的呢？

一、數據層：傳感器實現底層數據讀取

　　對于菜園來說，空氣的溫濕度、土壤的溫濕度、土壤的 PH 值、光照的強度以及空氣二氧化碳等數據都是影響農作物生長質量的重要因素，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行測量，為了提高測量的準確度和現場布置的便捷性，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于水中長期使用，因為需要考慮到室外環境使用，目前大多數傳感器都已經可以滿足各類環境的使用要求。

　　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，目前根據實際環境需要，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境傳感器都是零下40度到零上80度之間，可以滿足常規環境下的使用。

二、傳輸層：網關實現數據的采集及傳輸

　　當傳感器將菜園的各個數據進行精確采集之后，數據會進行上報，在上報傳輸的過程中，MCU 和網關成為底層數據與云端服務的關鍵中間層級，以菜園數據上報的通訊協議為 ZigBee 為例，那么 MCU 最好選擇一個帶有 ZigBee 模塊的 MCU。

Ruff 智慧菜園網關采集控制器

　　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、開路、防雷擊等保護功能，在發生故障的時候，內置的控制器能夠及時切斷有故障的端口，保證每一路 RS－485都能獨立工作，達到互不干擾的效果。

　　數據通過控制器進行集合匯總及格式轉換之后，網關則負責數據的接收及上傳。以 Ruff 智能網關為例，網關的以太網和 GPRS 等遠程通信功能，將本地局域網采集的信息發送到遠端的服務器或云端，通過專家系統分析處理后分發的指令，通過 Ruff 智能網關發送到局域網內相應設備執行，服務器或云端同時做好數據的存儲以及其他業務接口控制等。

Ruff 智能網關的硬件資源如下所示：

◆ 處理器為TI公司AM3352 CortexA8微處理器，工作頻率600MHz；

◆ 芯片內置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 自適應以太網；

◆ 4 路 RS－485 或者 RS－232接口；

◆ 2路 USB Host 接口

◆ 1路 DB9調試串口

◆ 1路 miniPCle

◆ 1個功能按鍵

◆ 2G／4G／GPS／WIFI／ZigBee（可選）

三、云服務：云端實現數據的存儲及分析處理

　　當網關將數據進行上傳發送到云端之后，云端會對數據進行分析及處理，包括土壤溫濕度、土壤 PH 值、空氣溫濕度以及光照強度等環境參數數據，其次遠程的灌溉控制、風機設備控制以及燈光設備控制等，也將通過網關進行指令數據上傳。

智慧農業示意圖

1）將需要采集的數據通過光照傳感器、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行采集，準確獲取農作物生長環境中的各項數據；

2）通過 Ruff 物聯網節點將傳感器采集到的各項數據通過 ZigBee 協議被 Ruff 物聯網智能網關采集；

3）除了傳感器獲取各項環境數據，對于遠程控制設備，也需要通過 Ruff節點傳輸到網關；

4）Ruff 物聯網智能網關通過節點采集到各項數據之后，通過 MQTT 傳輸協議上傳到云端，進行數據分析及處理；

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，讓客戶實時獲取菜園農作物生長情況及遠程管理；

6）此外，數據到達終端之后，還可以提供實時監測功能、曲線圖功能以及數據導出功能，讓客戶全方位的了解菜園的生長情況。

四、終端應用：數據展示及遠程管理控制

　　智慧農業通俗來說，就是利用各種物聯網及信息化技術，讓原本需要人為參與的農業作業升級為智能化無人管理模式，即利用一部手機或者一臺電腦，即可隨時隨地監控獲取菜園生長狀態，一鍵解決灌溉澆水、溫度光照調節等需求，因此智慧農業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商為例，客戶可以通過手機 APP 獲取菜園的氣溫、空氣濕度、光照、土壤溫度、土壤 PH 值等環境數據，進而了解菜園的生長趨勢及質量，視頻的接入使得客戶更加能身臨其境。

　　以遠程灌溉為例，手機端將提醒菜園狀態，當菜園到了澆水時間，則會提示“缺水了，可澆水”的指令，當點擊按鈕“我要澆水”時，菜園將自動打開灌溉設施，進行澆水。

　　除了手機端的菜園實時狀態展示及監控，客戶還可以在電腦端后臺進行傳感器及網關等設備的工作狀態統一管理及維護，讓客戶只需要通過操作手機電腦即可種出最佳質量的瓜果蔬菜。

　　智慧農業的應用對于傳統農業來說，既可以實現更加科學化的栽培又能對農作物的各項數據及養護進行精準化操控，讓傳統農業可以擺脫大量勞動力的輸出成本，同時對于消費者來說，可以吃到更加綠色健康的瓜果蔬菜，未來，智慧農業將會更為普及到農業的各個領域。