实验一 智慧农业物联网系统设备分析实验

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实验指导

物联网技术(英文:Internet of Things，缩写:IoT)起源于传媒领域，是信息科技产业的第三次革命。物联网是指通过信息传感设备，按约定的协议，将任何物体与网络相连接，物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能。

1.1 传感器

传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件等；本软件包含了 22 种传感器，适应了各种场景的需求。

  1、温湿度传感器

温湿度传感器是指能将温度量和湿度量转换成容易被测量处理的电信号的设备或装置，常见应用于空调、机房环境监控等地方。 温湿度传感器的组成部分主要包括湿敏电容、感温元件和转换电路。湿敏材料是一种高 分子聚合物，它的介电常数随着环境的相对湿度变化而变化，而温度部分采用铂电阻作为感温元件,使产品具有响应速度快。当环境温度和湿度发生变化时，感温元件的电阻和湿敏元 件的电容量随之发生改变，传感器的转换电路把感温软件和湿敏电容变化量转换成电压量变化，通过电压显示温湿度的变化。

  2、光敏传感器

光敏传感器是将光信号转换为电信号的传感器。物理基础是光电效应，即光敏材料的电学特性都因受到光的照射而发生变化。它能够感应光线的强弱，当感应光强度不同，光敏探头的电阻值就会有变化。光敏传感器内装有一个高精度的光电管,光电管内有一块由“针式二极管”组成的小平板，当向光电管两端施加一个反向的固定压时,任何光子对它的冲击都将导致其释放出电子, 结果是,当光照强度越高,光电管的电流也就越大,电流通过一个电阻时,电阻两端的电压被转换成可被采集器的数模转换器接受的 0-5V 电压,然后采集以适当的形式把结果保存下来。简单的说，光敏传感器就是利用光敏电阻受光线强度影响而阻值发生变化的原理向机器人主机发送光线强度的模拟信号。

  3、光照传感器

光照传感器是一种阳光自动追踪并通过透明组合的棱镜和反光镜传输阳光的照明装置。通过跟踪太阳，使得采光棱镜与太阳始终保持特定角度，保证采光面积不会因太阳高度位置变化而变化，并使阳光始终朝下照射，从而达到阴暗区域阳光照射的需要。能有效利用太阳光解决大楼、隧道等建筑采光的需要。光电式传感器一般由辐射源、光学通路、光电器件三部分组成。被测量用于辐射源或光学通路，从而将被测信息调制到光波上，使光波的强度、相位、空间分布和频谱分布等发生变化，光电器件将光信号转换为电信号，电信号经过后续电路解调分离出被测信息，从而实现对被测量的测量。

  4、二氧化碳浓度传感器

二氧化碳传感器是用于检测二氧化碳浓度的机器。二氧化碳是绿色植物进行光合作用的原料之一，作物干重的95%来自光合作用。因此，使用二氧化碳传感器控制浓度也就成为影响作物产量的重要因素。

分为三大类：红外二氧化碳传感器、催化二氧化碳传感器、热传导二氧化碳传感器。

红外二氧化碳传感器:该传感器利用非色散红外(NDIR)原理对空气中存在的CO2进行探测，具有很好的选择性，无氧气依赖性，广泛应用于存在可燃性、爆炸性气体的各种场合。

催化二氧化碳传感器:是将现场检测到的二氧化碳浓度转换成标准4-20mA 电流信号输出、广泛应用于石油、化工、冶金、 炼化、燃气输配、生化医药及水处理等行业。

热传导二氧化碳传感器:据混合气体的总导热系数随待分析气体含量的不同而改变的原理制成，由检测元件和补偿元件配对组成电桥的两个臂，遇可燃性气体时检测元件电阻变小，遇非可燃性气体时检测元件电阻变大(空气背景)，桥路输出电压变量，该电压变量随气体浓度增大而成正比例增大，补偿元件起参比及温度补偿作用，主要应用场所在民用、工业现场的天然气、液化气、煤气、烷类等可燃性气体及汽油、醇、酮、苯等有机溶剂蒸汽的浓度检测。

  5、监控传感器

摄像头又称为电脑相机、电子眼等。是一种将光学图像转换为电子信号的设备，主要包括感光元件、信号采集、信号存储、处理单元。按信号采集处理的形式可分为数字摄像头和模拟摄像头两大类。作为一种视频输入设备被广泛运用于视频会议、远程医疗以及实时监控等方面。

  6、土壤湿度传感器

土壤湿度传感器又名：土壤水分传感器、土壤墒情传感器、土壤含水量传感器。主要用来测量土壤相对含水量，做土壤墒情监测及农业灌溉和林业防护。土壤湿度传感器采用FDR频域反射原理。FDR(Frequency Domain Reflectometry)频域反射仪是一种用于测量土壤水分的仪器，它利用电磁脉冲原理、根据电磁波在介质中传播频率来测量土壤的表观介电常数，从而得到土壤相对含水量，FDR具有简便安全、快速准确、定点连续、自动化、宽量程、少标定等优点。是一种值得推荐的土壤水分测定仪器。

  7、土质检测仪

土壤总共分为3类：物理类传感器、化学类传感器、生物类传感器。物理类传感器：各种物理类传感器的原理各不相同，总的来讲都是将土壤一些非电量的物理化学性质转变成电量信号。化学类传感器：用于生物科学及土壤学的传感器分两类：一类是离子选择性敏感膜电极，敏感膜是核心部分，它决定了传感器的选择性和灵敏度。另一类是将敏感膜涂在场效应晶体管的绝缘栅上，构成FET化学传感器。当敏感膜受样液中待测离子的作用而使栅级电场发生变化，从而源漏电极沟道内载流子发生同步变化，但放大了很多倍，这样就把化学离子的变化转换为电量的变化。生物传感器：利用生命体具有的优良分子识别能力，把分子识别元件（生命体触媒/生 命体亲和物质）的化学、物理量转换成电信号。

主要用于土壤的组成成分或土壤的物理化学性质的分析，并对土壤进行生成发育、肥力演变、土壤资源评价。土壤检测分析对土壤学的发展有着很大的影响。土壤检测仪对土壤的分析主要是测定土壤的各种化学成分的含量和某些性质。常见的测定项目有:土壤矿质全量测定，土壤活性硅、铝、铁、锰含量测定，土壤全氮、全磷和全钾含量的测定，土壤有效养分含量测定以及土壤的有机质含量的测定等。

  8、雨雪传感器

雨雪传感器用于检测是否下雨雪及雨雪量的大小，并广泛应用于汽车自动刮水系统、智能灯光系统和智能天窗系统等。光感式雨雪传感器：雨雪传感器上一共有三个光强传感器和一个发光二极管。其中，测量近光的环境光强传感器、测量前方光线（远光）的光强传感器、测量雨雪的光强传感器、一个发光二极管，与配合工作测量车辆前挡风玻璃上的雨雪密度。当玻璃上没有雨滴时，由发出的大部分光都折射出挡风玻璃，反射回来被接收的光强很少；当玻璃上雨滴较多时，被挡风玻璃反射回来由接收的光强增加，于是传感器输出发生变化。压电式雨雪传感器：压电式雨雪传感器是利用其压电振子的压电效应，将机械位移（振动）变成电信号，然后根据雨雪冲击的能量转变的电压波形对其他元件进行控制。而且根据电压波形的变化，可以得到雨雪的大小从而对汽车刮水器等进行更为准确的控制。

  9、PM2.5传感器

PM2.5传感器是在高灵敏度微型激光传感器技术基础上的集空气动力学, 数字信号处理,光机电一体化的高科技产品. 测试精度高,性能稳定,多功能性强,操作简单方便的特点，适用于公共场所环境及大气环境的测定，还可用于空气净化器净化效率的评价分析.PM2.5灰尘传感器是根据光的散射原理来开发的，微粒和分子在光的照射下会产生光的散射现象。与此同时，还吸收部分照射光的能量。当一束平行单色光入射到被测颗粒场时，会受到颗粒周围散射和吸收的影响，光强将被衰减。如此一来便可求得入射光通过待测浓度场的相对衰减率。而相对衰减率的大小基本上能线性反应待测场灰尘的相对浓度。光强的大小和经光电转换的电信号强弱成正比，通过测得电信号就可以求得相对衰减率，进而就可以测定待测场里灰尘的浓度。

  10、风速传感器

风速传感器是可连续监测某地点的风速、风量（风量=风速x横截面积）大小，能够对 所处巷道的风速风量进行实时显示。其传感器组件由风速传感器、风向传感器、传感器支架组成。主要适用于煤矿井下具有瓦斯爆炸危险的各矿井通风总回风巷、风口、井下主要测风站、扇风机井口、掘进工作面、采煤工作面等处，以及相应的矿产企业。超声波涡接测量原理：超声波风速传感器是利用超声波时差法来实现风速的测量。声音在空气中的传播速度，会和风向上的气流速度叠加。若超声波的传播方向与风向相同，它的速度会加快；反之，若超声波的传播方向与风向相反，它的速度会变慢。因此，在固定的检测条件下，超声波在空气中传播的速度可以和风速函数对应。通过计算即可得到精确的风速和风向。通过压差变化原理：在流动方向上设置一个固定的障碍物（孔板、喷嘴等），这样根据 流速不同便会产生一个压差。通过测量压差，可以转换成流速的测量。热量转移原理：根据卡曼涡街理论，在无限界流场中垂直插入一根无限长的非线性阻力体（即旋涡发生体 C，风速传感器的探头横杆），当风流流经旋涡发生体 C 时，在漩涡发生体边缘下游侧会产生两排交替的、内旋的旋涡列（即气流旋涡），而旋涡的产生频率f正比于流速V。

  11、监控无人机

监控无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。可在无线电遥控下像普通飞机一样起飞或用助推火箭发射升空，也可由母机带到空中投放飞行。回收时，可用与普通飞机着陆过程一样的方式自动着陆，也可通过遥控用降落伞或拦网回收。可反复使用多次。广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等。

  12、虫害图像传感器

虫害图像传感器是成像物镜将外界照明光照射下的(或自身发光的)景物成像在物镜的像面上（焦平面）,并形成二维空间的光强分布(光学图像)。能够将二维光强分布的光学图像转变成一维时序电信号的传感器称为图像传感器。图像传感器输出的一维时序信号经过放大和同步控制处理后，送给图像显示器，可以还原并显示二维光学图像。

图像传感器的种类很多，根据图像的分解方式可将图像传感器分成三种类型，即光机扫光电图像传感器、电子束扫描图像传感器和固体自扫描图像传感器。

  13、虫害声敏传感器

虫害声敏传感器是一种将在气体、液体或固体中传播的机械振动转换成电信号的器件或装置，它用接触或非接触的方法检出信号。该传感器内置一个对声音敏感的电容式驻极体话筒。声波使话筒内的驻极体薄膜振动，导致声敏元件的变化，而产生与之对应变化的微小电压。

  14、虫害雷达传感器

它能通过发射与接收频率为RFbeam 24GHz雷达传感器24.125GHz左右的微波来感应物体的存在，运动速度，静止距离，物体所处角度等，采用平面微带天线技术，具有体积小、集成化程度高、感应灵敏等特点。24GHz雷达传感器是一种可以将微波回波信号转换为一种电信号的装换装置，是雷达测速仪，水位计，汽车ACC辅助巡航系统，自动门感应器等的核心芯片。

将24GHz选为发射频率，利用发送与接收信号的频率差，通过公式计算出物体运动的速度。经过参考信号与回波信号的混频，双通道传感器输出两个频率幅度相同，相位差为90°的中频信号IF1和IF2,根据90°相位引导的信号类型，可识别物体的运动方向(远离或靠近)。

1.2 传输模块与传输网关

当今，无线通信在人们的生活中扮演着越来越重要的角色，低功耗、微型化是用户对当前无线通信产品尤其是便携产品的强烈追求，因此，作为无线通信技术的一个重要的分 支—短距离无线通信技术正逐渐引起越来越广泛的关注。短距离无线通信技术的范围很广，在一般意义上，只要通信双方通过无线电波传输信息，并且传输距离限制在较短的范围内，通常是几十米以内，就可以成为近（短）距离无线通信。低成本、低功耗和对等通信，是短距离无线通信技术的三个重要特征和优势：首先，低成本是短距离无线通信的客观要求，因为各种通信终端的产销量都很大，要提供终端间的直通能力，没有足够低的成本是很难推广的。其次，低功耗是相对其他无线通信技术而言的一个特点，这与器通信距离短这个先天特点密切相关，由于传播距离近，遇到障碍物的几率也小，发射功率普遍很低，通常在毫瓦量级。第三，对等通信是短距离无线通信的重要特征，有别于基于网络基础设施的无线通信技术。终端之间对等通信，无须网络设备进行中转，因此控制接口设计和高层协议都相对比较简单，无限资源的管理通常采用竞争的方式。按数据传输速率分，短距离无线通信技术一般分为告诉短距离无线通信技术和低速短 距离无线通信技术两类。告诉短距离无线通信最高数据速率大于100Mbps，通信距离小于 10m，典型技术有高速超宽带（UWB）等；低速短距离无线通信的最低数据速率小于 1Mbps，通信距离小于 100m，典型技术有 Zigbee、Bluetooth等。目前，软件提供了当前 比较关注的几款无线通信技术包括：蓝牙、WIFI、Zigbee、红外、NFC、超宽带、NB-iot、 GPRS，他们都有其立足的特点，满足了物物互连的应用需求，逐渐成为物联网架构体系的主要支撑技术。

  1、ZigBee传输模块及ZigBee网关

Zigbee 传输模块：Zigbee是一种部署在无线传感器网络中的新技术。它是一种短距离、低速率、低功耗、低成本、低复杂度的近程无线网络通信技术。ZigBee模块都是遵循 IEEE802.15.4 的国际标准，并且运行在 2.4GHZ 的频段上。

Zigbee 网关：Zigbee网关是将 Zigbee传输节点进行接入，通过它实现系统信息的采 集、信息输入、信息输出、集中控制、远程控制、联动控制等功能。并将其信息通过上行接口（WIFI 接口、FE 接口、GPRS 接口）将数据传输到控制云端的设备。

  2、NBIOT传输模块及NBIOT网关

窄带物联网是由 3GPP（《第三代伙伴计划协议》）标准化组织定义的一种技术标准，是一种专为物联网设计的窄带射频技术，因此得名。以室内覆盖、低成本、低功耗和广连接为特点。这种技术可应用于 GSM 网络和LTE网络。 和窄带网络对应的则是宽带网络（Broadband network），一般指的是带宽超过155kbps 以上的网络。目前物联网的应用主要使用 WIFI 和蓝牙技术，数据准确率很低、耗电量极大。而广域物联网可以用光纤，但只适用于连接摄像头等宽带终端；低容量传感器虽然可以使用2G/3G/4G 网络，但难以满足低功耗低成本的要求，因此目前接入到运营商网络的物联网终端仅有 6%。但如果利用运营商的网络组织物联网，就可真正实现整个城市一张网，便于维护和管理，NB-IoT也由此应运而生。由于 NB-IoT 的广覆盖、大连接、低功耗、低成本等特点，可穿戴设备、智能门窗、温度计都成为了 NB-IoT 的市场。 NBIoT 作为一项应用于低速率业务中的技术具有以下特点：

（1）强链接：在同一基站的情况下，NB-IoT 可以比现有无线技术提供 50-100倍的接入数。

（2）高覆盖：NB-IoT 室内覆盖能力强，比 LTE 提升 20dB 增益，相当于提升了100 倍覆盖区域能力。

（3）低功耗：NB-IoT 聚焦小数据量、小速率应用，因此 NB-IoT设备功耗可以做到非常小，设备续航时间可以从过去的几个月大幅提升到几年。

（4）低成本：NB-IoT 无需重新建网，射频和天线基本上都是复用的。低速率、低功 耗、低带宽同样给NB-IoT 芯片以及模块带来低成本优势。

  3、蓝牙传输模块及蓝牙网关

蓝牙是一种短距离无线通信的技术规范，在制定蓝牙规范之初，就建立了统一全球的目标，向全球公开发布，工作频段为全球统一开放的 2.4GHz 工业、科学和医学频段。从目前的应用来看，由于蓝牙体积小、功率低，其应用已不局限于计算机外设，几乎可以被集成到任何数字设备之中，特别是那些对数据传输要求不高的移动设备和便携设备。

蓝牙技术特点可以归纳为如下几点：

（1）全球范围适用：蓝牙工作在2.4GHz的ISM频段。

（2）同时可传输语音和数据：蓝牙采用电路交换和分组交换技术，只吃异步数据信道、三路语音信道以及异步数据与同步语音同时传输信道；

（3）可以建立临时性的对等连接：根据蓝牙设备在网络中的角色，可以分为主设备与从设备；

（4）具有很好的抗干扰能力：工作在ISM频段的无线电设备有很多种，为了很好地抵抗来自这些设备的干扰，蓝牙采用了跳频方式来扩展频谱 ；

（5）蓝牙模块体积小、便于集成；

（6）低功耗：蓝牙设备在通信连接状态下，有四种工作模式：激活模式、呼吸模式、保持模式、休眠模式，激活模式是正常的工作状态，另外三种模式是为了节能所规定的低功耗模式。

（7）开放的借口标准 ；

（8）成本低；

  4、IRDA传输模块及IRDA网关

IrDA1.0 标准简称 SIR（SerialInfrared，串行红外协议），它是基于 HP-SIR开发出来的一种异步的、半双工的通信方式，它以系统的异步通信收发器依托，通过对串行数据脉冲的波形压缩和对所接收的光信号电脉冲的波形扩展这一编解码过程（3／16EnDec）实现红外数据传输。SIR的最高数据速率只有 115.2kbps。在1996年，发布了IrDA1.1协议，简称FIR，采用4PPM编译码机制，最高数据传输速率可达到4Mbps，同时在低速时保留1.0标准的规定。之后，IrDA又推出了最高通信速率在16Mbps的VFIR 技术，并将其作为补充纳入IrDA1.1标准之中。

IrDA标准都包括三个基本的规范和协议：红外物理层连接规范IrPHY、红外连接访问协议IRLAP和红外连接管理协议IrLMP。IrPHY规范制订了红外通信硬件设计上的目标和要求；IrLAP和IrLMP为两个软件层，负责对连接进行设置、管理和维护。在IrLAP 和IrLMP基础上，针对一些特定的红外通信应用领域，IrDA还陆续发布了一些更高级别的红外协议，如TinyTP、IrOBEX、IRCOMM、IrLAN、IrTran-P和IrBus等等。红外技术可以归 纳于以下几点：

（1）通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发；

（2）主要是用来取代点对点的线缆连接；

（3）新的通讯标准兼容早期的通讯标准；

（4）小角度（30 度锥角以内），短距离，点对点直线数据传输，保密性强；

（5）传输速率较高，目前4M速率的FIR 技术已被广泛使用，16M速率的VFIR 技术已经发布。

  5、WIFI传输模块及WIFI网关

全称 WirelessFidelity。802.11b有时也被错误地标为 Wi-Fi，实际上Wi-Fi是无线局域网联盟（WLANA）的一个商标，该商标仅保障使用该商标的商品互相之间可以合作，与标准本身实际上没有关系。但是后来人们逐渐习惯用 WIFI 来称呼 802.11b 协议。它的最大优点就是传输速度较高，可以达到 11Mbps，另外它的有效距离也很长，同时也与已有的各种802.11DSSS设备兼容。笔记本电脑技术——迅驰技术就是基于该标准的。IEEE（［美 国］电子和电气工程师协会）802.11b 无线网络规范是IEEE 802.11网络规范的变种，最高带宽为11 Mbps，在信号较弱或有干扰的情况下，带宽可调整为5.5Mbps、2Mbps 和1Mbps，带宽的自动调整，有效地保障了网络的稳定性和可靠性。其主要特性为：速度快，可靠性高，在开放性区域，通讯距离可达305米，在封闭性区域，通讯距离为76米到 122米，方便与现有的有线以太网络整合，组网的成本更低。

其目前可使用的标准有两个，分别是IEEE802.11a和IEEE802.11b。该技术由于有着自身的优点，因此受到厂商的青睐。WiFi技术突出的优势在于：

（1）无线电波的覆盖范围广，基于蓝牙技术的电波覆盖范围非常小，半径大约只有 50英尺左右约合15米，而WiFi的半径则可达300英尺左右约合100米；

（2）虽然由 WiFi 技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能比蓝牙差一些，传输质量也有待改进，但传输速度非常快，可以达到 11mbps，符合个人和社会信息化的需求 ；

（3）厂商进入该领域的门槛比较低；

（4）无须布线。WiFi 最主要的优势在于不需要布线，可以不受布线条件的限制 ；

（5）健康安全。IEEE802.11 规定的发射功率不可超过100 毫瓦，实际发射功率约 60~70 毫瓦，对人体来说是健康安全的；

（6）组建方式很简单；

（7）长距离工作：WIFI 的工作距离可以达到100m。

  6、GPRS传输模块及GPRS网关

GPRS 通用无线分组业务是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。GPRS充分利用共享无线信道，采用IPOverPPP实现数据终端的高速、远程接入。作为现有GSM网络向第三代移动通信演变的过渡技术（2.5G），GPRS在许多方面都具有显著的优势。GPRS有下列特点：

1、可充分利用现有资源—中国移动全国范围的电信网络--GSM，方便、快速、低建设成本地为用户数据终端提供远程接入网络的部署；

2、传输速率高，GPRS数据传输速度可达到 57.6Kbps，最高可达到115Kbps— 170Kbps，完全可以满足用户应用的需求，下一代 GPRS 业务的速度可以达到 384Kbit/s；

3、接入时间短，GPRS接入等待时间短，可快速建立连接，平均为两秒；

4、提供实时在线功能“alwaysonline”，用户将始终处于连线和在线状态，这将使访问服务变得非常简单、快速；

5、按流量计费，GPRS用户只有在发送或接收数据期间才占用资源，用户可以一直在线，按照用户接收和发送数据包的数量来收取费用，没有数据流量的传递时，用户即使挂在网上也是不收费的。

 GPRS业务，具有接入迅速、永远在线、流量计费等特点，在远程突发性数据实时传输中有不可比拟的优势，特别适合于频发小数据量的实时传输,因而GPRS业务在某些行业上有特殊的应用。

  7、UWB传输模块及UWB网关

Ultra Wideband(UWB)也可称为脉冲无线电，可追溯至19世纪。至今UWB还在争论之中。UWB调制采用脉冲宽度在ns级的快速上升和下降脉冲，脉冲覆盖的频谱从直流至GHz，不需常规窄带调制所需的RF频率变换，脉冲成型后可直接送至天线发射。脉冲峰峰时间间隔在10-100ps级。频谱形状可通过甚窄持续单脉冲形状和天线负载特征来调整。UWB信号在时间轴上是稀疏分布的，其功率谱密度相当低，RF可同时发射多个UWB信号。 UWB信号类似于基带信号，可采用OOK，对映脉冲键控，脉冲振幅调制或脉位调制。UWB不同于把基带信号变换为无线射频(RF)的常规无线系统，可视为在RF上基带传播方案，在建筑物内能以极低频谱密度达到100Mb/s数据速率。UWB通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号，能在10米左右的范围内实现数百Mbit/s至数Gbit/s的数据传输速率。UWB具有抗干扰性能强、传输速率高、带宽极宽、消耗电能小、发送功率小等诸多优势，主要应用于室内通信、高速无线 LAN、家庭网络、无绳电话、安全检测、位置测定、雷达等领域。UWB 具有如下传统通信系统无法比拟的技术特点：

（1）系统容量大。超宽带无线电系统用户数量大大高于3G系统。

（2）高速的数据传输。一般情况下，其最大数据传输速度可以达到几百兆比特每秒到吉比特每秒。

（3）多径分辨能力强。实验表明，对常规无线电信号多径衰落深达10～30dB的多径环境， UWB信号的衰落最多不到5dB。

（4）隐蔽性好。因为UWB的频谱非常宽，能量密度非常低，因此信息传输安全性高。另一方面，由于能量密度低，UWB设备对于其他设备的干扰就非常低。

（5）定位精确。与GPS提供绝对地理位置不同，超短脉冲定位器可以给出相对位置，其定位精度可达厘米级。

  8、NFC传输模块及NFC网关

NFC传输近场通信技术是由非接触式射频识别（RFID）及互联互通技术整合演变而来，在单一芯片上结合感应式读卡器、感应式卡片和点对点的功能，能在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换。工作频率为13.56MHz。可以用作机场登机验证、大厦的门禁钥匙、交通一卡通、信用卡、支付卡等。

NFC技术由非接触式射频识别（RFID）演变而来，由飞利浦半导体（现恩智浦半导体）、诺基亚和索尼共同研制开发，其基础是RFID 及互连技术。近场通信是一种短距高频的无线电技术，在13.56MHz频率运行于20厘米距离内。其传输速度有106 Kbit/秒、 212Kbit/秒或者424 Kbit/秒三种。近场通信已通过成为ISO/IEC IS 18092国际标准、EMCA-340标准与ETSI TS 102 190标准。NFC采用主动和被动两种读取模式。NFC芯片是具有相互通信功能，并具有计算能力，在Felica标准中还含有加密逻辑电路，MIFARE的后期标准也追加了加密/解密模块(SAM)。NFC标准兼容了索尼公司的 FeliCaTM 标准，以及ISO 14443 A，B，也就是使用飞利浦的MIFARE标准。在业界简称为 TypeA，TypeB和TypeF，其中 A，B为Mifare 标准，F为Felica标准。NFC和蓝牙（Bluetooth）都是短程通 信技术，而且都被集成到移动电话。但NFC不需要复杂的设置程序。NFC也可以简化蓝牙连接。

NFC是一种提供轻松、安全、迅速的通信无线连接技术，其传输范围比RFID小，RFID的传输范围可以达到几米、甚至几十米，但由于NFC采取了独特的信号衰减技术，相对于RFID来说NFC具有距离近、带宽高、能耗低等特点。其次，NFC与现有非接触智能卡技术兼容，目前已经成为得到越来越多主要厂商支持的正式标准。再次，NFC还是一种近距离连接协议，提供各种设备间轻松、安全、迅速而自动的通信。与无线世界中的其他连接方式相比，NFC 是一种近距离的私密通信方式。 最后，RFID更多的被应用在生产、物流、跟踪、资产管理上，而NFC则在门禁、公交、手机支付等领域内发挥着巨大的作用。同时，NFC还优于红外和蓝牙传输方式。作为一种面向消费者的交易机制，NFC比红外更 快、更可靠而且简单得多。

1.3 执行机构

执行机构通过对传感器采集的数据与后要数据进行分析比对，如果数据范围大，则会做出相应的变化来改变传感器所测试的量，使它达到与后台数据的值的范围之内。

  1、风机控制阀

风机控制阀通过与二氧化碳浓度传感器相协调工作，促使大棚内的二氧化碳浓度处于后台数据值的范围之内，如果数据值不匹配则会令换气风扇工作，来对大棚内的二氧化碳浓度进行调整达到理想值的范围内。

  2、水肥控制阀

水肥控制阀通过与土质检测仪相协调工作，促使土壤内矿物质含量处于后台数据值的范围之内，如果数据值不匹配则会令水肥一体机工作，来对土壤内矿物质含量进行调整达到理想值的范围内。

  3、门禁控制阀

门禁控制阀与红外传感器相协调工作，如红外传感器检测到有生物体进出大棚大门则会将信号发送给门禁控制阀，门禁控制阀会相应的令大门打开和关闭。

  4、水帘控制阀

水帘控制阀通过与温湿度传感器相协调工作，促使大棚内的湿度处于后台数据值的范围之内，如果数据值不匹配则会令水帘工作，来对大棚内的湿度进行调整达到理想值的范围内。

  5、灭虫控制阀

灭虫控制阀通过与虫害图像传感器或虫害雷达传感器以及虫害声敏传感器相协调工作，促使所检测范围环境内没有蚊虫，如果传感器检测到有蚊虫则会将信号发送至灭虫控制阀，灭虫控制阀令紫光灯工作来灭虫。

  6、路灯控制器

路灯控制器通过与光敏传感器相协调工作，使农业园区的路况明了，如果传感器没有检测到光或者光强度不在后台数据范围内则会将信号发送至控制器，控制器则会令路灯工作。

  7、顶棚控制器

顶棚控制器是和补光控制器一起与光照传感器协调工作的，当光照传感器检测到大棚内的光照强度不处于后台数据值范围内时，则传感器将信号发送给控制器，控制器令顶棚工作来改善大棚内的光照。

  8、补光控制器

顶棚控制器是和补光控制器一起与光照传感器协调工作的，当光照传感器检测到大棚内的光照强度不处于后台设置的数据值范围内时，则传感器将信号发送给控制器，控制器令吊灯工作来改善大棚内的光照。

  9、空调控制器

空调控制器与温湿度传感器协调工作，当传感器检测到大棚内的温度不处于后台设置的数据值范围内是，将信号发送至控制器，控制器将会令空调进行工作。

1.4 微控制器

微控制器是将微型计算机的主要部分集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。微控制器诞生于20世纪70年代中期，经过20多年的发展，其成本越来越低，而性能越来越强大，这使其应用已经无处不在，遍及各个领域。例如电机控制、条码阅读器/扫描器、消费类电子、游戏设备、电话、HVAC、楼宇安全与门禁控制、工业控制与自动化和白色家电(洗衣机、微波炉)等。

1.5 控制单元

控制单元是指按照预定的顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动、和反向的主令装置，由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，它是发布命令的“决策机构”。