摘要:以农业生产过程中智能化管理系统为研究对象，对智能管理系统中数据采集、传输、分析以及控制指令的生成与传输过程进行分析，设计一种通过5G网络技术进行通信的农业智能化管理系统，可有效地进行环境信息采集及传输，并进行环境参数信息的分析和处理。智能管理系统将数据信息与知识数据进行对比，进行报警提示，并根据数据库信息生成控制指令，数据传输网络进行控制指令的发送，通过驱动控制系统进行区域内机械设备的驱动，使智能系统管理区域内环境信息处于稳定状态。
关键词:农业智能化管理系统;5G网络技术;数据采集;数据传输
0引言
农业智能化管理系统能够为作物生长过程提供较好的环境条件，降低作业人员的工作强度，提高人员工作效率［1］。农业智能化管理系统将作物生长信息、农业生产信息、环境信息、控制技术、网络通信以及自动化技术结合应用于农业生产过程，使农业生长过程较少受到气候条件影响，提高农业生产过程中的智能化管理程度［2］。农业智能化管理系统中，在监测区域内部署不同的无线传感节点进行环境参数信息的采集，通过无线网络进行传输及接收，智能分析管理系统根据环境参数信息进行控制指令的生成，并通过网络传输，实现监控区域内的智能化管理［3－4］。
1 5G网络关键技术
5G网络技术通信波段能够达到28GHz毫米波，同时满足至少1Gbps的数据传输。毫米波通信和大规模MIMO是5G网络的两大核心技术，与其他网络技术不同的是，5G网络技术可以设备为中心，实现设备与设备之间的相互通信，无需通过基站进行信息交互。随着云技术的发展，接入云、控制云以及转发云构成现代5G网络架构。其中，接入云包含各种基站以及5G通信设备;控制云用来进行5G通信的逻辑控制、分组以及系统容量监测;转发云实现5G网络网关控制功能的分离，并进行网关局域部署。5G通信技术可用于增强型移动宽带、大规模的机器通信以及低延时通信。5G网络技术能够有效降低电磁干扰，减少使用过程中的通信故障，保证系统运行的可靠性［6－7］。5G网络技术具有较高的带宽特性，可以传输较多的数据类型，能够对多类型数据传输及智能化数据决策提供途径，同时为海量数据传输提供有效保障［8］。5G网络技术能够在远距离数据传输过程中提高生产效率，同时对远距离数据传输提供网络稳定性及安全性。表1所示为5G网络关键技术指标。在农业智能化管理系统中，5G通信技术用来进行数据的传输和指令的下发，并为农业智能化管理系统提供云计算支持服务，保证终端设备之间的数据能够高效的传输，提高智能化系统的稳定性。
2 农业智能化管理系统功能
农业智能化管理系统要求能够在农作物生长过程中，综合考虑环境信息和作物生长状态，减轻劳作人员工作难度。图1所示为农业智能化管理系统功能框图。基于5G网络技术搭建的农业智能管理系统，登录后进入系统应用显示界面，包含系统实时监控功能、执行结构设备控制功能、数据显示存储功能及系统报警等，能够将农业生产过程的相关环境参数信息进行显示、分析和存储，并进行数据的实时更新。系统监测功能用于对作物生长过程中的环境信息及作物生长状态进行监测。监测过程中，各种传感器进行数据的采集，并通过5G网络技术将数据传输至上位机;当系统监测到的数据信息超出设定值后，农业智能管理系统进行系统报警，并将控制指令传输至执行驱动机构。数据显示与数据报表是将系统监测区域内的有效数据进行统计及显示的过程。数据报表分为实时报表和历史报表，数据报表是作物生长环境参数变化规律的统计信息，是对作物生长过程趋势及走向的统计过程，能够根据报表结果对生长状态进行预防。
3 农业智能化管理系统设计
农业智能化管理系统通过5G网络技术，将传感采集和自动控制两大终端技术进行结合，实现系统数据采集、传输、贮存及控制，达到远程进行农业生产过程控制的目的。农业智能化管理系统由数据采集系统、智能设备控制系统、智能分析管理系统三大系统组成，各系统之间通过5G网络技术进行无线通信。图2所示为农业智能化管理系统整体结构图。数据采集系统包含各种环境信息采集传感器以及模拟量数据采集器，传感器用于对环境信息进行采集，并将采集到物理量发送至模拟量数据采集器，模拟量数据经A/D转换器转化至可传输的数字量。各种传感器是数据采集系统的根本模块，其灵敏度和准确性决定了系统的精度及时效性。传感器主要包含温度传感器、湿度传感器、光照强度传感器及风速计等多种物理量采集传感器，如图3所示。智能设备控制系统用来控制相关执行机构，改变作物生长环境信息。智能设备控制系统接收上位机传输来的控制指令，通过单片机进行水泵、遮光板、通风口以及加湿器等相关执行结构动作。图4所示为智能设备控制系统结构框图。智能分析管理系统是农业智能化管理系统中顶层数据管理系统，可进行环境信息数据的接收和显示，进行数据存储和分析，形成系统控制指令，并通过系统网络进行指令的发送。智能分析管理系统是整个系统的运算核心，要求能够对传感器信号进行解析，对异常信息进行报警，并发送控制指令至驱动执行机构。智能分析管理系统要求能够进行各种状态信息的显示，同时对农业智能管理系统进行维护管理。无线数据传输网络是农业智能管理系统进行数据传输与接收的途径，同时进行系统的网络管理，可将传感采集系统的环境信息参数传输至上位机，并将上位机控制指令发送至执行机构。无线数据传输网络要求实现双向信息传输，所设计数据传输网络以5G网络技术为基础，集成各传感采集系统节点和设备控制节点，并将数据监控和人工指令输入引入移动终端设备。图5所示为节点入网流程图，图6所示为无线数据传输网络拓补图。
4 系统测试
对搭建好的农业智能化管理系统进行功能性需求的测试，验证系统功能是否健全和系统测量数值是否准确。在进行系统登录功能检测时，在登录界面内输入正确用户名和密码后，系统能够进入应用界面;当用户名或密码错误时，提示用户名不存在或登录密码错误。表2所示为系统登录功能检测统计信息。由表2数据可以看出:通过20次登录界面进入功能检测时，点击20次应用图标，系统20次全部进入登录界面。测试过程中，分别进行20次用户名错误登录测试、20次密码错误测试以及20次正确输入测试，测试结果与预期结果相符，表明农业智能管理系统登录功能可靠性满足设计需求。在系统应用界面内点击数据报表，系统要求能够进行实时数据的显示，同时进行检测数据的分析对比表3所示。
5 结论
农业智能化管理系统，能够有效地对当前环境信息参数进行监测，生成报表信息，与数据库信息进行对比，生成控制指令，并传输至执行控制系统，对区域内水泵、光照灯、加湿器以及通风口等进行驱动，使作物生长环境处于较稳定状态。验证结果表明:利用5G网络技术搭建的农业智能化管理系统，能够有效进行环境参数监测及区域内环境状态的控制，为农业生成智能化提供参考依据。
作者：李兰兰 冯江华 单位：郑州电力职业技术学院