基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術的農(nóng)業(yè)種植環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

龔燕飛，聶宏林

（1.陜西職業(yè)技術學院 陜西 西安 710100；2.陜西中圣環(huán)境科技發(fā)展有限公司 陜西 西安 710100）

基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術的農(nóng)業(yè)種植環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

龔燕飛1，聶宏林2

（1.陜西職業(yè)技術學院 陜西 西安 710100；2.陜西中圣環(huán)境科技發(fā)展有限公司 陜西 西安 710100）

為了探究基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術的農(nóng)業(yè)種植環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)問題。主要通過分析農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術應用，分析設計農(nóng)業(yè)種植環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)需求，從而優(yōu)化設計實現(xiàn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術下的農(nóng)業(yè)種植環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。結果證實，在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術基礎上，設計實現(xiàn)農(nóng)業(yè)種植環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，可以提升系統(tǒng)應用性能，降低農(nóng)業(yè)種植成本、提高效能，達到28.0%，發(fā)揮積極應用價值。

環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)；農(nóng)業(yè)種植；農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術；設計

運用物流網(wǎng)技術，設計實現(xiàn)農(nóng)業(yè)種植監(jiān)控系統(tǒng)，有助于實現(xiàn)在農(nóng)業(yè)種植園區(qū)內(nèi)，進行自動化的信息檢測、控制，發(fā)揮積極影響。實際中，可以通過配備相關無線傳感節(jié)點，并應用現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術，控制調(diào)控農(nóng)業(yè)種植環(huán)境負荷參數(shù)，確保農(nóng)業(yè)種植環(huán)境監(jiān)控落到實處，提升系統(tǒng)設計質(zhì)量。以下對此做具體分析。

1　農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術

物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)中的應用，就是可以將采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)相關分析后，進行農(nóng)業(yè)全自動監(jiān)控，可以自動管理農(nóng)業(yè)種植中的灌溉、施肥、噴藥等環(huán)境監(jiān)控操作。用時，對于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術之中，采取中央控制柜以及多節(jié)點的數(shù)據(jù)采集部分，構成一個分布式的物聯(lián)網(wǎng)控制網(wǎng)絡,可以靈活拓展、管理物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)信息［1-3］。將物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)農(nóng)業(yè)控制過程中，可以通過傳感器來實時的采集一些農(nóng)業(yè)相關的溫度、濕度以及光照等參數(shù)，對于其進行管理［4］。放棄在農(nóng)業(yè)領域中，物聯(lián)網(wǎng)技術應用廣泛［5］。在實際農(nóng)業(yè)種植環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設計實現(xiàn)中，用物聯(lián)網(wǎng)的技術，可以去提高農(nóng)業(yè)工作效率，發(fā)揮著極大的應用技術優(yōu)勢［6］。

2　設計需求分析

基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測技術下，設計農(nóng)業(yè)種植監(jiān)控系統(tǒng)，需要實現(xiàn)系統(tǒng)的實時遠程監(jiān)控功能，可以及時獲取溫室大棚內(nèi)部的空氣溫濕度、土壤水分溫度、二氧化碳濃度、光照強度及視頻圖像，通過模型分析，能夠遠程以及自動控制農(nóng)業(yè)環(huán)境中的濕簾風機、內(nèi)外遮陽、噴淋滴灌以及加溫補光等設備，以便可以保證溫室農(nóng)業(yè)種植大棚內(nèi)環(huán)境適宜作物的生長，為農(nóng)業(yè)種植創(chuàng)造條件［7］。同時，該系統(tǒng)還可以通過手機、PDA以及計算機等信息終端，推送實時農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測信息以及預警信息，充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術的應用需求［8-12］。

3　設計實現(xiàn)基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術的農(nóng)業(yè)種植環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

3.1系統(tǒng)總體結構設計

農(nóng)業(yè)種植環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設計中，系統(tǒng)終端，采用智能模塊化軟件設計，內(nèi)部I2C總線結構，軟、硬件擴充性能好，可靠性高，抗干擾能力強；安裝、調(diào)試及維修方便，可在強電磁干擾等惡劣環(huán)境下長期可靠地工作。其設計總體結構如圖1所示。

圖1　該系統(tǒng)的總體結構

對于農(nóng)業(yè)種植環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中，其物聯(lián)網(wǎng)技術中，主要可包括傳感終端以及通信終端，還包括無線傳感網(wǎng)、監(jiān)控中心以及應用平臺等部分組成。其主要的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)拓撲如圖2中所示。

圖2　系統(tǒng)的拓撲結構

1）傳感終端

對于該模塊，可以監(jiān)控農(nóng)業(yè)種植環(huán)境，對其空氣濕度、土壤的水分溫度等環(huán)境多點參數(shù)進行傳輸，以指導農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)。

2）建設通信終端以及傳感網(wǎng)絡

可以通過感知農(nóng)業(yè)種植的相關傳感數(shù)據(jù)，同時結合通信網(wǎng)絡模塊，將其環(huán)境信息參數(shù)傳輸?shù)较到y(tǒng)的控制部分中，實現(xiàn)其數(shù)據(jù)交互。

3）控制終端

對于該模塊設計中，可以通過GPRS模塊與系統(tǒng)的管理監(jiān)控中心進行連接［13］，對農(nóng)業(yè)種植環(huán)境進行調(diào)節(jié)。可以控制進行內(nèi)遮陽、風機、頂部通風等控制操作。

4）視頻監(jiān)控系統(tǒng)

可以對農(nóng)業(yè)種植環(huán)境進行視頻監(jiān)控，實時遠程監(jiān)控農(nóng)業(yè)種植環(huán)境，還可以確保用戶遠程的訪問農(nóng)業(yè)種植環(huán)境圖像。

5）監(jiān)控中心

在該系統(tǒng)設計中，其監(jiān)控中心中，主要可以由多業(yè)務綜合光端機、數(shù)據(jù)服務器、顯示系統(tǒng)等組成，可以對整個農(nóng)業(yè)種植園區(qū)進行管理，并可以對農(nóng)業(yè)種植成果進行展示。

6）應用軟件平臺

在農(nóng)業(yè)種植環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中，可以通過該應用軟件平臺，能夠?qū)⑥r(nóng)業(yè)種植的土壤信息感知設備以及空氣環(huán)境監(jiān)測備，結合外部的氣象感知設備、視頻信息感知等設備，統(tǒng)一存儲其設備感知數(shù)據(jù)，并可同時對其進行相關的處理與挖掘，根據(jù)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術，基于系統(tǒng)的中央控制智能決策，生產(chǎn)有效的操作指令［14］，從而可以智能化的控制農(nóng)業(yè)種植氣候環(huán)境，為農(nóng)業(yè)作物的生長提供好的環(huán)境。

3.2系統(tǒng)功能設計

對于該系統(tǒng)設計中，其主要功能如表1所示。

3.3系統(tǒng)硬件設計

在該系統(tǒng)設計中，其單機控制設備，如表2所示。

集群控制設備 ，如表3所示。

直流模擬量輸入：4路。包括傳感器互聯(lián)，采集壓力，流量、溫度等信號。

數(shù)字量輸入：2路。用于開關信號檢測，如門禁開關。

數(shù)字量信號正確率：≥99.5%。

模擬量合格率：≥99.5%。

模擬量綜合誤差：≤0.5%。

實時時鐘：誤差≤0.12 s/h。

靜態(tài)功耗：≤12V/1 mA。

環(huán)境溫度：-35℃～+70℃。

相對濕度：＜90%。

大氣壓力：86～106 kpa，66～110 kpa。

濕度傳感器各項參數(shù)如下：

采用通DX-S2型土壤濕度傳感器，測量參數(shù) 土壤容積/重量含水率θ

量 程4～50%（絕對重量含水率）

精度誤差不超過2%

響應時間 響應在1秒內(nèi)進入穩(wěn)定

工作環(huán)境-30℃～+55℃

工作電壓4.5～5.5VDC，典型值5.0VDC

工作電流50 mA

輸出信號0～2.5 V

4　應用效益分析

在本次研究中，可以基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術，設計出農(nóng)業(yè)種植環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，有助于實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中所有基地中職測試點的環(huán)境監(jiān)控工作，可以獲取、管理環(huán)境信息，并且也可以動態(tài)顯示種植環(huán)境圖像、數(shù)據(jù)，并對其進行分析處理。在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術基礎上，設計實現(xiàn)農(nóng)業(yè)種植環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，可以提升系統(tǒng)應用性能，降低農(nóng)業(yè)種植成本、提高效能，達到28.0%。通過運用物聯(lián)網(wǎng)技術，有助于實時的采集農(nóng)業(yè)種植過程中大棚環(huán)境內(nèi)的空氣溫度、濕度以及光照、土壤水分等相關數(shù)據(jù)參數(shù)，并且也可以根據(jù)農(nóng)業(yè)中的作物實際生長需要，實時的進行環(huán)境管理，可以通過自動開啟以及關閉功能服務功能，調(diào)節(jié)該系統(tǒng)監(jiān)控下的農(nóng)業(yè)種植環(huán)境，發(fā)揮積極應用效益。

表1　系統(tǒng)功能設計

表2　物聯(lián)網(wǎng)單片機設備

5　結論

表3　物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集群控制設備

綜上所述，在農(nóng)業(yè)種植環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設計中，可以應用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術，有助于細化實際中的農(nóng)業(yè)種植工作，設計出的系統(tǒng)有更高的可靠性，且系統(tǒng)的適應性也更高，節(jié)能環(huán)保，可循環(huán)使用，進而降低農(nóng)業(yè)種植成本、提高效能。

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The design and implementation of agricultural planting environment monitoring system based on the technology of Agricultural Internet of things

GONG Yan-fei1,NIE Hong-lin2
（1.Shaanxi Vocational&Technical College，Xi'an 710100,China；2.Shaanxi Zhongsheng Environmental Technology Development Co.，Ltd.，Xi'an 710100,China）

In order to explore the design and implementation of agricultural planting environment monitoring system based on the technology of Agricultural Internet of things.Through analyzing the application of agricultural technology,the requirement of the monitoring system of agricultural environment monitoring system is analyzed.The results confirmed that the agricultural planting environment monitoring system based on the agricultural technology,can improve the system performance,reduce the cost of agricultural planting,improve efficiency,achieve 28%,play a positive application value.

environmental monitoring system；agricultural planting；agricultural technology；design

TN391

A

1674－6236（2016）13-0052-03

2015-03-30稿件編號：201503440

龔燕飛（1983—），女，吉林四平人，碩士，助教。研究方向：環(huán)境污染，農(nóng)林生物。