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摘要:以農業生產過程中智能化管理系統為研究對象，對智能管理系統中數據采集、傳輸、分析以及控制指令的生成與傳輸過程進行分析，設計一種通過5g網絡技術進行通信的農業智能化管理系統，可有效地進行環境信息采集及傳輸，并進行環境參數信息的分析和處理。智能管理系統將數據信息與知識數據進行對比，進行報警提示，并根據數據庫信息生成控制指令，數據傳輸網絡進行控制指令的發送，通過驅動控制系統進行區域內機械設備的驅動，使智能系統管理區域內環境信息處于穩定狀態。

關鍵詞:農業智能化管理系統;5G網絡技術;數據采集;數據傳輸

0引言

農業智能化管理系統能夠為作物生長過程提供較好的環境條件，降低作業人員的工作強度，提高人員工作效率［1］。農業智能化管理系統將作物生長信息、農業生產信息、環境信息、控制技術、網絡通信以及自動化技術結合應用于農業生產過程，使農業生長過程較少受到氣候條件影響，提高農業生產過程中的智能化管理程度［2］。農業智能化管理系統中，在監測區域內部署不同的無線傳感節點進行環境參數信息的采集，通過無線網絡進行傳輸及接收，智能分析管理系統根據環境參數信息進行控制指令的生成，并通過網絡傳輸，實現監控區域內的智能化管理［3－4］。

1 5G網絡關鍵技術

5G網絡技術通信波段能夠達到28GHz毫米波，同時滿足至少1Gbps的數據傳輸。毫米波通信和大規模MIMO是5G網絡的兩大核心技術，與其他網絡技術不同的是，5G網絡技術可以設備為中心，實現設備與設備之間的相互通信，無需通過基站進行信息交互。隨著云技術的發展，接入云、控制云以及轉發云構成現代5G網絡架構。其中，接入云包含各種基站以及5G通信設備;控制云用來進行5G通信的邏輯控制、分組以及系統容量監測;轉發云實現5G網絡網關控制功能的分離，并進行網關局域部署。5G通信技術可用于增強型移動寬帶、大規模的機器通信以及低延時通信。5G網絡技術能夠有效降低電磁干擾，減少使用過程中的通信故障，保證系統運行的可靠性［6－7］。5G網絡技術具有較高的帶寬特性，可以傳輸較多的數據類型，能夠對多類型數據傳輸及智能化數據決策提供途徑，同時為海量數據傳輸提供有效保障［8］。5G網絡技術能夠在遠距離數據傳輸過程中提高生產效率，同時對遠距離數據傳輸提供網絡穩定性及安全性。表1所示為5G網絡關鍵技術指標。在農業智能化管理系統中，5G通信技術用來進行數據的傳輸和指令的下發，并為農業智能化管理系統提供云計算支持服務，保證終端設備之間的數據能夠高效的傳輸，提高智能化系統的穩定性。

2 農業智能化管理系統功能

農業智能化管理系統要求能夠在農作物生長過程中，綜合考慮環境信息和作物生長狀態，減輕勞作人員工作難度。圖1所示為農業智能化管理系統功能框圖。基于5G網絡技術搭建的農業智能管理系統，登錄后進入系統應用顯示界面，包含系統實時監控功能、執行結構設備控制功能、數據顯示存儲功能及系統報警等，能夠將農業生產過程的相關環境參數信息進行顯示、分析和存儲，并進行數據的實時更新。系統監測功能用于對作物生長過程中的環境信息及作物生長狀態進行監測。監測過程中，各種傳感器進行數據的采集，并通過5G網絡技術將數據傳輸至上位機;當系統監測到的數據信息超出設定值后，農業智能管理系統進行系統報警，并將控制指令傳輸至執行驅動機構。數據顯示與數據報表是將系統監測區域內的有效數據進行統計及顯示的過程。數據報表分為實時報表和歷史報表，數據報表是作物生長環境參數變化規律的統計信息，是對作物生長過程趨勢及走向的統計過程，能夠根據報表結果對生長狀態進行預防。

3 農業智能化管理系統設計

農業智能化管理系統通過5G網絡技術，將傳感采集和自動控制兩大終端技術進行結合，實現系統數據采集、傳輸、貯存及控制，達到遠程進行農業生產過程控制的目的。農業智能化管理系統由數據采集系統、智能設備控制系統、智能分析管理系統三大系統組成，各系統之間通過5G網絡技術進行無線通信。圖2所示為農業智能化管理系統整體結構圖。數據采集系統包含各種環境信息采集傳感器以及模擬量數據采集器，傳感器用于對環境信息進行采集，并將采集到物理量發送至模擬量數據采集器，模擬量數據經A/D轉換器轉化至可傳輸的數字量。各種傳感器是數據采集系統的根本模塊，其靈敏度和準確性決定了系統的精度及時效性。傳感器主要包含溫度傳感器、濕度傳感器、光照強度傳感器及風速計等多種物理量采集傳感器，如圖3所示。智能設備控制系統用來控制相關執行機構，改變作物生長環境信息。智能設備控制系統接收上位機傳輸來的控制指令，通過單片機進行水泵、遮光板、通風口以及加濕器等相關執行結構動作。圖4所示為智能設備控制系統結構框圖。智能分析管理系統是農業智能化管理系統中頂層數據管理系統，可進行環境信息數據的接收和顯示，進行數據存儲和分析，形成系統控制指令，并通過系統網絡進行指令的發送。智能分析管理系統是整個系統的運算核心，要求能夠對傳感器信號進行解析，對異常信息進行報警，并發送控制指令至驅動執行機構。智能分析管理系統要求能夠進行各種狀態信息的顯示，同時對農業智能管理系統進行維護管理。無線數據傳輸網絡是農業智能管理系統進行數據傳輸與接收的途徑，同時進行系統的網絡管理，可將傳感采集系統的環境信息參數傳輸至上位機，并將上位機控制指令發送至執行機構。無線數據傳輸網絡要求實現雙向信息傳輸，所設計數據傳輸網絡以5G網絡技術為基礎，集成各傳感采集系統節點和設備控制節點，并將數據監控和人工指令輸入引入移動終端設備。圖5所示為節點入網流程圖，圖6所示為無線數據傳輸網絡拓補圖。

4 系統測試

對搭建好的農業智能化管理系統進行功能性需求的測試，驗證系統功能是否健全和系統測量數值是否準確。在進行系統登錄功能檢測時，在登錄界面內輸入正確用戶名和密碼后，系統能夠進入應用界面;當用戶名或密碼錯誤時，提示用戶名不存在或登錄密碼錯誤。表2所示為系統登錄功能檢測統計信息。由表2數據可以看出:通過20次登錄界面進入功能檢測時，點擊20次應用圖標，系統20次全部進入登錄界面。測試過程中，分別進行20次用戶名錯誤登錄測試、20次密碼錯誤測試以及20次正確輸入測試，測試結果與預期結果相符，表明農業智能管理系統登錄功能可靠性滿足設計需求。在系統應用界面內點擊數據報表，系統要求能夠進行實時數據的顯示，同時進行檢測數據的分析對比表3所示。

5 結論

農業智能化管理系統，能夠有效地對當前環境信息參數進行監測，生成報表信息，與數據庫信息進行對比，生成控制指令，并傳輸至執行控制系統，對區域內水泵、光照燈、加濕器以及通風口等進行驅動，使作物生長環境處于較穩定狀態。驗證結果表明:利用5G網絡技術搭建的農業智能化管理系統，能夠有效進行環境參數監測及區域內環境狀態的控制，為農業生成智能化提供參考依據。

作者：李蘭蘭 馮江華 單位：鄭州電力職業技術學院