无线传感器的综述及物联网领域的典型应用实例

近年来，随着物联网时代的兴起及通信技术的发展，给无线传感器的发展带来一个十分重要的契机。无线传感器的应用愈加广泛，越来越多的无线传感器网络产品开始投入使用，可以说，生活中随处一件电子器件均包含无线传感器。为进一步增进大家对无线传感器的认识，本文将对无线传感器、无线传感器的应用予以介绍。

首先，无线传感器分为近距离无线传输和远距离无线传输。

远距离无线传输技术包括2G、3G、4G、NB-IoT、Sigfox、LoRa；近距离无线传输技术包括WIFI、蓝牙、UWB、MTC、ZigBee、NFC。远距离无线传输技术的信号覆盖范围一般在几公里到几十公里；近距离无线传输技术的信号覆盖范围则一般在几十厘米到几百米之间。

近距离无线传输技术主要应用在局域网，比如家庭网络、工厂车间联网、企业办公联网；远距离无线传输技术主要应用在远程数据的传输，如智能电表、智能物流、智慧农业远程设备数据采集等。

在物联网领域，大多数传感器都是嵌入在芯片中，网络传输模块的能耗低，且功率小，主要以近距离无线连接为主。特别在工厂内部，无数的生产设备、物料和智能终端都需要利用Wifi、蓝牙、Zigbee这些近距离无线技术实现互联。但在有些业务中，近距离无线传输无法满足需求。比如，企业需要对客户产品的使用状态进行监控并实时的传回数据。在重工企业，对远程设备使用状态的监控十分重要。因此，需要利用远距离无线传输技术实现数据的回传。这个时候企业可以选择3G、4G这样的蜂窝通信技术，也可以选择LoRa、Sigfox、NB-IoT这样的低功耗广域网传输技术。

普及完无线传感器的应用分类，接下来我们再来说一说无线传感器的典型应用。

无线传感器网络产品相对于有线产品具有成本低，灵活性高和应用情景广等显着特点，许多无线网络包含数百个无线传感器。这些设备已经广泛用于零售，农业，城市规划，安全和物流供应链管理等行业。如：

01 畜牧家禽养殖环境监测

无线传感器可以对养殖基地环境进行无线实时监控，根据养殖基地养殖品种以及不同生长阶段，监测养殖基地的温湿度，氧气、氨气、硫化氢、二氧化碳浓度，光照度，用水量，用电量等数据。

实时采集现场传感信号，远程监测畜牧家禽养殖基地运行情况，监控后台进行数据采集、分析、预警报警，数据形成历史数据库，生成历史曲线及数据报表。

02 混凝土浇灌温度监测

在混凝土施工过程中，将数字温度传感器装入导热良好的金属套管内，可保证传感器对混凝土温度变化作出迅速的反应。每个温度监测金属管接入一个无线温度节点，整个现场的无线温度节点通过无线网络传输到施工监控中心，不需要在施工现场布放长电缆，安装布放方便，能够有效解决温度测量点因为施工人员损坏电缆造成的成活率较低的问题。

03 农业粮仓温湿度监测

无线传感器网络技术在粮库粮仓温度湿度监测领域应用最为普遍，这是由于粮库粮仓温度湿度的测点多，分布广，使用纵横交错的信号线会降低防火安全系数，应用无线传感器网络技术具有低功耗，低成本，布线简单，安装方便，易于组网，便于管理维护等特点。

04 工业环境监测

工业环境的监测范围已经涉及到整个生态环境的各个方面，包括日常环境监测，如大气，水，电磁辐射和放射性监测等；同时还存在一些特殊的区域环境监测，如沙漠、高山和存在放射源等区域的监测。这些环境对传感器产品的灵活性、可靠性和安全性提出了高要求。

无线传感器网络产品可以突破传统的监测方法，在满足了灵活性、可靠性和安全性的同时，为工业环境的监测降低了成本，同时也大幅度缩减了传统监测的繁琐流程，为随机性的研究数据获取提供了便利。随着人们对于工业环境的关注程度越来越高，需要采集的环境数据也越来越多，对无线传感器网络产品的需求将逐步扩大。

05 物流供应链监测

在物流运输过程中，特殊品类贵重货物可能会因为装卸过程的倾倒、碰撞，运输过程中的颠簸震动、温湿度等因素产生损坏。目前大部分已有的防撞防震标签产品都是基于物理检测的非智能方式实现，运输人员无法实时获取货物的异常运输状态，当货物受损时也不能及时确定责任人。

针对现有技术的不足，国内可视化物流供应链管理方案提供商云尚通信 提供了一种基于多种传感器融合的供应链管理监控系统。通过加速度传感器、运动传感器、温湿度传感器和光敏传感器实现异常运输状态的检测，并通过无线通信模块传输监控信息，以达到对运输过程中的货物进行有效监控的目的，实现货物运输进程的自动化运作和高效率优化管理，特别是针对提升工厂内物料转运、搬运有较高的导入价值。同时，半导体技术的成熟和发展也降低了电子传感器的成本，使得传感器得到越来越广泛的运用。

畜牧养殖场项目智能化系统设计方案，应用了哪些物联网技术呢？

前言：

物联网技术的应用越来越广泛，畜牧养殖对于物联网的需求非常大，今天就来介绍一下物联网在养殖行业的应用。

正文：

1.概述

1.1. 背景

养殖往往受养殖品种、饲料种类和质量、疫病、生长环境和管理水平等因素的影响，致使中国养殖业一直发展不强大。所以科学养殖显得尤为重要，将物联网技术与养殖业结合起来，能让养殖户在第一时间感知到养殖环境及牲畜生长变化，从而及时作出补救。一方面，使牲畜的生长环境一直保持在最佳状态，保证牲畜身体健康生长速度。另一方面，远程监控，自动化控制，大大降低人工成本。

1.2. 建设目标

物联网是物联网技术在养殖生产、经营、管理和服务中的具体应用。具体讲就是运用各类传感器，广泛采集大田种植、设施园艺、家禽水产养殖、农产品物流等相关信息；通过建立数据传输和格式转换方法，集成无线传感器网络、电信网和互联网，实现农业信息的多尺度（个域、视域、区域、地域）传输；最后将获取的海量农业信息进行融合、处理，并通过智能化操作终端实现农业产前、产中、产后的过程监控、科学管理和即时服务，进而实现农业集约、高产、高效、优质、生态和安全的目标。

养牛产业生产主要受养殖品种、饲料种类和质量、疫病、生长环境和管理水平等因素的影响。其中环境因素所起的作用约占20%-30%。圈舍环境因素包括温度、湿度、噪声、光照、有害气体等。环境因素对养殖业生产的重要影响作用已被国内外大量的科学实验和生产实践所证实。

基于物联网的家禽智能养殖系统利用物联网技术，围绕设施化家禽养殖场生产和管理环节，通过智能传感器在线采集养殖场环境信息（二氧化碳、氨气、硫化氢、空气温湿度等），同时集成改造现有的养殖场环境控制设备，实现家禽养殖的智能生产与科学管理。养殖户可以通过手机、PDA、计算机等信息终端，实时掌握养殖厂环境信息，及时获取异常报警信息，并可以根据监测结果，远程控制相应设备，实现健康养殖、节能降耗的目的。

2.项目整体设计

2.1. 物联网网络架构

系统总体架构分为终端应用、数据处理平台、网络传输和自动采集/终端控制四部分。

系统示意图

2.2. 物联网拓扑图

家禽圈舍物联网拓扑图

2.3. 系统设计架构

一、 系统总体架构

系统将采用B/S架构，B/S是Brower/Server的缩写，客户机上只要安装一个浏览器（Browser），如Netscape Navigator或Internet Explorer，就可以操作系统。

B/S最大的优点就是可以在任何地方进行操作而不用安装任何专门的软件。只要有一台能上网的电脑就能使用，客户端零维护，系统的扩展性强。

2.4. 物联网设计原则

1、应用系统需采用模块化设计，单一模块出现故障应不影响其他模块的正常工作。同时，可以方便的增加新的应用系统；

2、系统设计时应考虑用户使用便捷的因素，因此要求系统支持互联网、手机等多种应用模式和方式；

3、系统数据库设计时应考虑数据接口的安全性和统一性，一方面要保证数据的相对安全，一方面还要为以后增加新的应用系统提供便捷的数据接口。同时，数据要建立冗余机制。

2.5. 物联网技术采用原则

a) 实用性

针对目前养殖环境指标监测困难、手段落后等缺点，利用物联网技术，实时监测大棚种植信息，真正做到精准监测、精细生产和科学管理。考虑到系统用户的大众性，软件应具有易学易用的特点。用户通过培训能够独立对系统进行维护、调整和扩展，最大限度减少对系统开发商的技术依赖。

b) 适应性

系统采用技术成熟、成本易控制的传感、视频、智能手机等其他设备为信息输入端，信息通过互联网、无线网络等有序集成。以种植环境信息实时采集、后台自动运算与传输为基础；从而实现以自动监测、远程控制、视频控制为一体的综合管理平台。

c) 共享性

为经营农业的企业提供信息管理平台数据采集，实现管理信息共享和生产调度指挥，做到数字化管理，提升精耕细作管理水平，并为种植户提供生产和农资信息服务。

3.物联网组成

3.1. 监测体系

3.1.1. 环境信息采集仪器

本系统针对目前家禽养殖舍环境指标监测困难、手段落后等缺点,将物联网技术应用到家禽养殖领域，以终端模块作为物联网的感知层。采集养殖舍内空气温度、空气湿度、氨气、硫化氢、二氧化碳和光照度等环境参数，并通过监控摄像头，可实时查看家禽生长信息，利用以太网、GPRS、3G/4G等网络技术作为物联网的网络层，实时将大棚环境参数传输到以管理软件平台为核心的物联网应用层，实现大棚内环境信息的实时监测。即使种植农户身在外地也可以通过互联网、手机实时查看大棚里信息。

根据圈舍实际情况，在圈舍安装无线空气温湿度传感器，安装无线氨气传感器，安装无线硫化氢传感器等。实时采集圈舍空气温湿度、氨气、硫化氢等环境信息。

3.1.2. 视频监控

作为家禽管理生产的人员而言，仅仅数值化的物物相联并不能完全营造牛的最佳生长条件。视频与图像监控提供了更直观的表达方式。家禽生长环境的不均匀性决定了信息获取上的先天性弊端，而很难从单纯的技术手段上进行突破。视频监控的引用，直观地反映了家禽生长的实时状态，引入视频图像与图像处理，既可直观反映家禽的生长态势，也可以侧面反映出家禽生长的整体状态及营养水平。可以从整体上提供更加科学的家禽养殖决策理论依据。

安装高清网络摄像机，通过光端机、光缆等传输设备将高清视频信息传输至监控中心视频监控系统，实现管理生产的人员在监控中心实时监测家禽的饲料剩余量。

采用视频监控技术，可直观反映家禽的生长环境和动态，通过观察视频画面可以在线监控家禽的行为，对于突发情况的处理提供了依据。

圈舍安装视频监控，实现无死角化监控。通过分布式布置监控设备实现对整个圈舍的监控管理，在监控机房加装网络硬盘刻录机视频网络服务器。使家禽管理人员通过电脑视频画面就能直观的看到家禽。

3.1.3. 环境智能控制系统

环境智能控制器实现风机、水阀、湿帘、补光等设备的全自动化监控和管理。根据实际需求，在圈舍分别配置智能控制器。

设备自带触摸屏，通过点击系统按钮、或者操作鼠标即可实现对种植设备的远程自动化控制。通过对设备所采集的生产环境参数进行计算分析，生成设备的控制指令，再通过通讯链路传输到现场设备控制器中，即可实现自动生产。如自动通风、供水等。

通过在圈舍加装的智能设备进行数据采集，再远程传输数据至家禽养殖物联网平台，进行数据过程分析、统计分析，最终用户通过PC或智能手机即可随时随地实现实时监控、远程控制等。

3.2. 家禽养殖物联网管理系统软件

家禽养殖物联网管理系统是基于物联网技术，实现监测、报警、控制、数据输出等一体化管理平台。通过在线监测家禽生长的环境信息，调控圈舍的生长环境条件，以实现家禽的健康生长和繁殖，从而提高家禽的生产率，节省人工成本，提高家禽肉质品质。

系统主要功能包括：圈舍实时数据展示，数据整合，圈舍舍智能控智制系统、视频监控系统、数据整合分析系统、数据上报和预警等功能。

１、智能监控系统：自动监控、手动监控、视频监控、监控信息采集等功能。自动监控，系统可按养殖区域、品种、传感器名称自动采集空气温湿度、氨气、硫化氢、二氧化碳、光照强度等环境参数，并自动生成变化曲线图。数据以图表、数字列表等形式展示。选择一定的时间，可以展示不同时间段的环境数据。

2、手动监控：可选择养殖区域所有传感器的同时手动即时数据采集。

3、视频监控：多通道同屏展示，可远程操作摄像头角度、变焦、变倍、光圈等参数。

4、自动控制：可以远程设定风机、水阀、天窗、湿帘等电气设施的工作状态。

5、预警提醒：设定各传感器参数报警区间阀值。系统监控圈舍内温度、湿度等环境参数，跟设定的正常范围比较，异常的自动报警。

6、用户管理：可查看所有系统登录账户的情况及登录记录以及新增不同权限用户。

7、信息查询：包括历史数据查询、历史数据对比分析、历史数据备份、报警信息查询、设备状态查询、用户日志查询。

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